روش های استخراج معادن سطحی
ذخایر قابل استخراج با روش سطحی– ذخایر توده ای
ذخایری هستند با حجم زیاد و متراکم که عیار کانی در آنها متغیر و مقدار آن از زون کم عیار به سمت زون پر عیار افزایش می یابد و بیضوی شکل یا بدون شکل هستند.
1- ذخایر لایه ای
ذخایری هستند که منشاء رسوبی دارند یا گسترش زیاد و بسته به شرایط زمین شناسی، افقی یا شیب دار هستند. ( زغال سنگ، نمک، بوکسیت، فسفات، آهن، پتاس)
2– ذخایر آبرفتی
ذخایری هستند که از تغییر، تجزیه و سایش ذخایر دیگر به وجود می آیند و منشاء ذخایر فلزات سنگین و قیمتی هستند. (ماسه های کانه دار، ذخایر پلاسری و پرفیری)
اهمیت معادن سطحی
– روش روباز در مقایسه با سایر روش های استخراج زیرزمینی از هزینه اولیه زیادی برخوردار است اما تولید بالا، و هزینه استخراج پایین به ازای هر تن از مزایای عمده این روش است.
– روش روباز بدلیل استفاده از ماشینآلات بارگیری و حمل عظیمالجثه که از قدرت و ظرفیت زیاد برخوردارند و دارای تولید بالایی میباشد و برای معادن بزرگ که دارای شرایط ژئومکانیکی سخت و بسیار سخت است کاملاً مناسب میباشد و مورد استفاده قرار میگیرد.
– امروزه ۹۰-۷۰ درصد آهن، مس، فسفات، آزبست، بوکسیت، منگنز و زغال سنگ قابل بهره برداری در معادن روباز استخراج می شوند.
– تقریبا تمام مواد ساختمانی از معادن روباز بازیافت می شوند و در مورد زغال سخت و اورانیوم نیز سهم قابل ملاحظه ای به میزان ۳۰-۲۵ درصد از طریق فنون معدن کاری روباز قابل استخراج می باشند.
آینده استخراج معادن به روش های سطحی
شاید بتوان گفت پیدایش روش های استخراج سطحی مسبب بارزترین تغییرات در اصول فرآیند معدنکاری بوده است. گذار به سمت استخراج معادن با روش روباز که از دهه ۱۸۹۰ میلادی آغاز گردیده است، با پیشرفت هایی که در زمینه مکانیزاسیون تحقق یافته، به طور قابل توجهی فرآیند استخراج مواد معدنی را تسهیل نموده است. پیشینه غنی در زمینه نوآوری ها در استخراج معادن به روش های سطحی باعث شده تا امروزه سطح تولید به جایی برسد که چند دهه پیش حتی تصور آن هم نمی رفت. اما آینده چطور رقم خواهد خورد؟
استخراج معادن به روش های سطحی در معرض سطح گسترده ای از فشارهای داخلی و خارجی قرار دارد، بطوری که لزوم تغییرات اساسی جهت فایق آمدن به این چالش ها اجتناب ناپذیر می نماید. دیگر بحث آن مطرح نیست که تا حد ممکن سنگ تولید شود، به طوری که هم ارزان تمام شود و هم ایمن باشد.
در سال های اخیر کاربرد اتوماسیون و کنترل از راه دور در فرآیندهای معدنکاری در کانون توجه قرار گرفته است و به احتمال قوی تا آینده قابل پیش بینی هم ادامه یافته و به عنوان پیشرفت سامانه های ارتباطات، سامانه های اندازه گیری و توان محاسباتی، حوزه نامحدودی برای توسعه فراهم خواهد آورد. افزون بر این فناوری ها، هنوز کارهای انجام نشده زیادی وجود دارد که هم تغییرات پله ای و هم بهبودهای تدریجی می تواند تأثیر بسزایی بر افزایش ارزش بخش استخراج معادن سطحی داشته باشد. به نظر می رسد بخش صنعت چاره ای جر پیگیری این فرصت ها پیش رو ندارد.
تقسیم بندی روش های استخراج
تقسیم بندی روش های استخراج در کشورهای مختلف متفاوت است. در کشور روسیه نحوه باطله برداری و انبار کردن آن یکی از عمده ترین عوامل تقسیم بندی را تشکیل می دهد در صورتی که در ایالات متحده ، وضعیت ماده معدنی ، ضخامت مواد پوشاننده و عوارض زمین نقش اصلی را در طبقه بندی بر عهده دارد.
عده ای از مولفان روش های استخراج را با توجه به نوع ماده معدنی فلزی و غیرفلزی تقسیم کرده اند. عده ای عمق نسبی را معیار قرار داده اند. عده ای دیگر اندازه و شکل ذخیره مثل رگه ای و توده ای بودن را معیار قرار داده اند.
معمولی ترین طبقه بندی توسط هارتمن (Hartman) ارائه شده است:
روش های استخراج در معادن روباز یا سطحی:
روش های مکانیکی
1- روش های استخراج با برش های مستقیم (کنتوری یا جعبه ای یا آگر) Auger mining یا countour strip mining
۲- روش های استخراج پهنه ای (مسطحی) Area mining method
3- روش کلاسیک استخراج روباز (پله ای یا گودبرداری) open pit mining
4- روش استخراج کواری quarry mining
روش های استخراج به کمک مایعات
۱- روش های استخراج پلاسری (Placer Mining Methods)
– استخراج هیدرولیکی (Hydraulicing)
– استخراج لایه روبی (Dredging)
۲- روش های استخراج محلول (Solution Mining)
– استخراج گمانه ای (Borehole mining)
– فروشویی یا لیچینگ (Leaching)
روش های استخراج نوین و ابتکاری
۱- اتوماسیون و رباتیک در معدنکاری (Automation, robotics)
۲- استخراج دریایی یا اقیانوسی (Marine Mining)
۳- استخراج معدن در فضا
روش های مکانیکی
روش هایی هستند که در آنها از فرآیند مکانیکی در محیط های خشک برای جدا کردن مواد از زمین حاصل می شود و حدود ۹۰% تولیدات معدنی سطح کل دنیا با استفاده از این روش ها حاصل می شود. کانسار استخراجی با این روش ها، می تواند هر مقاومتی داشته باشد و معمولا متراکم است.
۱- روش استخراج با برش های مستقیم (کنتوری یا جعبه ای یا آگر)
این روش معمولا” برای استخراج ذغال به کار می رود و در مواردی کاربرد دارد که ماده معدنی به صورت لایه کمابیش افقی و در مناطق کوهستانی با دامنه های پرشیب واقع باشد. در شروع کار یک برش اولیه در کنار دره جایی که ذغال رخنمون دارد احداث و مواد باطله در پایین دره جمع می شود و ماده معدنی موجود در زیر باطله استخراج می شود و در مرحله بعد باطله بدست آمده از برش بعدی را در محل ماده معدنی استخراج شده دمپ می شود و به همین ترتیب ادامه می یابد که در اثر آن این قسمت ها به صورت تپه ماهورهای سینوسی شکل در می آید، در نهایت ضخامت باطله به حدی میرسد که دیگر استخراج به روش روباز مقدور نیست.
در صورتی که میزان ماده معدنی بجا مانده زیاد باشد باید از روشهای زیرزمینی استخراج گردد و در غیر اینصورت چنانچه از نظر اقتصادی توجیه پذیر نباشد برای ادامه استخراج از روش استخراجی آگر استفاده می شود که معمولا” به همراه روش کنتوری مورد استفاده قرار می گیرد.
در این روش از ماشین آگر جهت حفر چال در لایه ذغال به اندازه ۳/۲ضخامت لایه و نفوذ تا عمق ۶۰ متر در چالهای افقی می تواند حجم قابل توجهی از ذغال را استخراج کند.
مهمترین روش های زیرگروه این متد استخراجی عبارتند از :
الف) روش قله برداری (Mountaintop removal): در این روش کل باطله موجود برداشته شده و ماده معدنی زیر آن به طور کامل و صد در صد استخراج می شود و چنانچه در نزدیکی معدن دره پرشیبی وجود داشته باشد که باطله را بتوان به صورت قشرهای افقی در آن ریخت به این روش ، روش دره پرکنی (valley fill) می گویند. پس از پایان عملیات استخراج منطقه که به شکل قله بود به صورت منطقه ای مسطح درمی آید زیرا علاوه بر بر استخراج قسمت های مرتفع قسمتی از دره اطراف معدن نیز در نتیجه برش اولیه و اضافه حجم سنگ ها پرمی شود.
ب) روش قطعه ای یا بلوکی یا جعبه ای (Block cut) (Box cut) : این روش نیز همانند روش های قبلی است و مهمترین تفاوت آن این است که استخراج (برش) از مرکز ذخیره ماده معدنی صورت می گیرد.
۲- روش استخراج پهنه ای (مسطحی)
در این روش نیز مثل روش کنتوری استخراج به صورت برش های جعبه ای که عمدتا” برای استخراج لایه ذغال انجام می شود و در مواردی که ماده معدنی به صورت لایه ای تقریبا” افقی و در دو طرف تپه نسبتا” مسطح رخنمون داشته باشد استفاده می شود در این روش ضخامت باطله نباید از ۵۰ متر بیشتر باشد که با افزایش ضخامت لایه ماده معدنی این روش برای معادنی که بیش از ۵۰ متر نیز یاطله برداری دارد نیز موزد استفاده قرار می گیرد که تبدیل به روش کنتوری می شود.
مهمترین زیرگروه این روش اصلاح شده مسطحی (Modified area mining) یا نواری : این روش در مواردی کاربرد دارد که گسترش لایه ذغال همانند حلقه ای منطقه ای نه چندان مرتفع را دور می زند و یا بیرون زدگی زغال در سمت دیگر منطقه نیز ظاهر شده است.
۳- روش کلاسیک استخراج روباز (پله ای یا گودبرداری)
روش روباز یکی از روش های استخراج معادن سطحی است که ترجیحاً برای کانسارهای فلزی نظیر آهن ، مس ، سرب و روی و … بکار برده میشود. در این روش استخراج به صورت پلهپله و تا عمقی از ذخیره معدنی که عملیات اقتصادی باشد، ادامه پیدا میکند. تصویر افقی پله ها معمولا دایره یا بیضی است و پله های مختلف به وسیله جاده مورب (ramp) به یکدیگر ارتباط دارند. در این روش از سطح معدن آنقدر باطلهبرداری میشود تا به ماده معدنی دسترسی حاصل شود. باطلههای روی ماده معدنی پس از برداشت باید عمدتاً به خارج از محدوده معدن منتقل شده و در آنجا انبار شوند.
تنها آن بخش از این باطلهها که ممکن است در امر جادهسازی، ترمیم جادهها، پیسازی کارگاه ها و پرنمودن گودال مورد استفاده قرار گیرند در داخل محدوده معینی قرار میگیرند و برای مابقی حتماً باید در خارج از محدوده معدن محل خاص در نظر گرفت و به شیوه معینی دمپ نمود.
روش کلاسیک روباز در مورد کانسارهای تک لایه ای، جند لایه ای و توده ای تا حدودی متفاوت است:
الف) کانسارهای تک لایه ای: بسته به ضخامت باطله و لایه یک یا چند پله در باطله و ماده معدنی احداث می شود به گونه ای که پله های باطله به اندازه کافی جلوتر از ماده معدنی باشد.
ب) کانسارهای چند لایه ای: در مواردی که کانسار مرکب از چندین لایه شیب دار باشد در مورد هرلایه پله جداگانه ای احداث می شود، پس از آنکه پله مربوط به پایین ترین لایه آماده شد عملیات استخراجی آغاز می شود . بدیهی است پله های باطله برداری و استخراج لایه های مختلف بایستی به اندازه کافی از هم فاصله داشته باشد و عملیات استخراجی تا جایی ادامه می یابد که با توجه به نسبت خاکبرداری استخراج ماده معدنی مقرون به صرفه باشد.
ج) کانسارهای توده ای : روش کلاسیک روباز عمدتا” برای استخراج کانسارهای توده ای به ویژه کانسارهای مس و آهن به کار میرود و در مواردی که کانسار به صورت توده ای با ابعاد مساوی و ضخامت مواد پوشاننده آن کم و یا در مورد کانسارهای توده ای با گستره وسیع حتی اگر در عمق قرار داشته باشد این روش بسیار مناسب است.
۴- روش استخراج کواری
روش کواری عمدتا برای استخراج سنگ ها و مصالح ساختمانی از قبیل لاشه سنگ، شن و ماسه، گرانیت و سنگ های آذرین دیگر، آهک (رسوبی) و مرمر (دگرگونی) به کار می رود. این سنگ ها از نظر مکانیکی و شیمیایی مورد استفاده دارند. روش استخراج مشابه روش روباز است، با این تفاوت که از مواد منفجره نه برای خرد کردن بلکه برای ایجاد سطح آزاد استفاده می شود.
روش کواری در مورد مصالح لایه ای و توده ای متفاوت است:
الف) مصالح لایه ای: مصالح لایه ای را بصورت پله های پر شیب (قائم) استخراج می کنند.
ب) مصالح توده ای: نظیر سنگ های آذرین و آهک های معمولی را به وسیله آتشباری، سیم برش و به صورت پله پله استخراج می کنند و برای مصالح نرم مانند شن و ماسه مستقیما از بیل مکانیکی، بولدوزر و لودر استفاده می شود.