مفاهیم مهندسی معدن

 

مهندسی معدن  (Mining Engineering)

 مهندسی معدن مجموعه علوم و فنونی است که از اکتشاف یک کانسار (ذخیره معدنی با ارزش اقتصادی) آغاز و تا فرآوری آن ادامه می‌یابد. این رشته قدیمیترین رشته مهندسی دانشگاهی است و در انگلستان پایه گذارده شده است. به علت شرایط سخت کاری، یکی از 10 حرفه دشوار جهان شناخته میشود. مهندسی معدن دارای 2 گرایش اصلی اکتشاف و استخراج است.

1) اکتشاف: این رشته شامل علومی ازقبیل شناخت انواع مختلف کانی‌ها، مواد معدنی، نحوه شکل گیری مواد معدنی،محل پیدایش انواع مختلف مواد معدنی و علوم و فنون اکتشاف کانسارهای مختلف می‌باشد.مهمترین علومی که مهندسن اکتشاف با آن درگیرند عبارتند از کانی شناسی، سنگ شناسی (Petrology)، زمین شناسی اقتصادی (Economic Geology)، ژئوفیزیک (Geophysics)، ژئوشیمی (Geochemistry)، ارزیابی ذخایر معدنی و اخیرا دورسنجی(Remote Sensing)  که کمک شایانی به مهندسین اکتشاف در رابطه با شناسایی مناطق امید بخش در مراحل اول کار می‌نماید.

2) استخراج: این رشته مجموعه علومی را در بر می‌گیرد به استخراج ماده معدنی از معدن می‌انجامد به طور کلی برای استخراج انواع مختلف مواد معدنی در کانسار های گونا گون دو روش استخراج زیرزمینی و روباز وجود دارد که مهندسین استخراج باید قادر باشند با در نظر داشتن فاکتورهای از قبیل نوع کانسار،عمق ماده معدنی و تکنولوژی استخراج و… نوع روش را انتخاب نمایند

 

    علاوه بر دو گرایش پیش گفته و دو گرایش دیگر فرآوری مواد معدنی و مکانیک سنگ نیز از جمله 4 گرایش تخصصی این رشته محسوب می‌شود

3) فرآوری: این رشته شامل مجموعه عملیاتی است که بر روی ماده معدنی، پس از استخراج انجام می‌شود تا آن ماده را قابل مصرف کند. هر ماده معدنی که بطور اقتصادی قابل بهره برداری باشد کانه (ore) نامیده می‌شود. هر کانه متشکل از تعدادی کانی است که حداقل یکی از آنها کانی با ارزش موجود در ماده معدنی است و در حقیقت ماده معدنی برای دستیابی به آن کانی استخراج میشود، سایر کانی های متشکله ماده معدنی را گانگ مینامند.به طور کلی برای دستیابی به این مهم یعنی جدایش کانه از باطله مهندسین فراوری چهار مرحله خردایش،جدایش ماده معدنی،انواع روش های آبگیری و سد باطله را مدیریت می‌کنند.

4) مکانیک سنگ: این رشته در حقیقت رشته‌ای است بین مهندسی معدن و مهندسی عمران که هم اکنون در همه جای دنیا به عنوان یکی از گرایش های مهندسی معدن شناخته شده است. مهندسین این رشته قادرند فضا های بزرگ زیر زمینی را چه در معادن و چه در مکان های دیگر حفر نموده و آنها را نگهداری نمایند آنها هم چنین قادرند در زمینه طراحی سد های مختلف با مهندسین عمران همکاری نمایند. این مهندسین با شناخت کلیه خواص سنگ ها، کلیه عملیات و پرژه هایی که به نحوی در ارتباط با سنگ می‌باشند را مدیریت می‌نمایند.

 

مراحل اکتشاف و استخراج

برای پیدا کردن انواع مختلف مواد معدنی و استخراج آنها و قابل استفاده نمودن آن مواد مراحل زیر طی میشود:

• پی جویی (Demonstrate survey)
• اکتشاف
• استخراج
• فرآوری

 

    اکتشاف کانسارها شامل اکتشاف مقدماتی، نیمه تفصیلی و تفصیلی است با پایان هر مرحله از اکتشاف مهندسان اکتشاف با توجه به افزایش و یا کاهش احتمالات کشف و برآورد هزینههای انجام شده و قابل پیش بینی در مورد ادامه اکتشاف تصمیم می‌گیرند. هر چند این دانش یکی از دشوارترین دانشها به لحاظ کاربرد است، اما به علت ارتباط نزدیک با طبیعت و در عین حال بهره گیری از فنون مهندسی از جذابترین علوم است.

 

    استخراج معادن با توجه به فاکتورهای بسیاری نظیر شرایط اقتصادی و فنی و قابلیت دسترسی به کانسار و… به دو صورت کلی روباز و زیر زمینی انجام میگیرد. معدن کاری روباز تا زمانی ادامه پیدا میکند که دیگر استخراج به صورت روباز به صرفه نباشد و پس از آن استخراج به روش زیر زمینی صورت میگیرد.

 

ماده معدنی یا کانی (Mineral)

هر ماده یا ترکیب طبیعی که به صورت جامد یا گاز یا مایع و یا محلول در آب در اثر تحولات زمین شناسی به وجود آمده باشد..

 

کانه  (Ore Mineral)

    مواد معدنی یا کانی‌های موجود در کانسار که دارای ارزش اقتصادی است.

 

ذخیره معدنی یا کانسار ( Ore Deposit)

    تمرکز و یا انباشت طبیعی یک یا چند ماده معدنی در زیر یا روی زمین و یا محلول در آب می‌باشد. بطور کلی کانسار به بخشی از پوسته زمین اطلاق می‌شود که تحت شرایط خاص زمین شناسی ماده معینی در آن متمرکز شده که از نظر اقتصادی ارزش داشته باشد؛ مقدار، کیفیت، محل جغرافیایی و بازار مصرف تعیین کننده ی ارزش اقتصادی کانسار هستند. برای هر کانسار معدنی با توجه به ارزش کانی های موجود در آن، کانی های همراه، باطله های مفید یا مزاحم، از نظر اقتصادی آستان های وجود دارد و برای شروع عملیات استخراجی هر ماده معدنی باید این آستانه در ارزیابی ذخیره برآورد شود.

 

معدن (Mine)

    ذخیره معدنی است که بهره برداری از آن مقرون به صرفه باشد.

 

اکتشاف (Exploration)

    تجسس اداری به منظور یافتن کانسار است که شامل عملیاتی از جمله موارد زیر می‌باشد:

• آثاریابی و نمونهبرداری و آزمایشات کمی و کیفی.
• بررسیهای زمین شناسی ژئوفیزیکی و ژئوشیمیایی و مانند آنها و انجام اموری که برای این گونه بررسی‌ها لازم باشد.
• حفاری روباز و زیرزمینی.
• تعیین شکل و کیفیت و کمیت ذخیره معدنی و تهیه نقشه های مربوطه.

 

کانه آرایی  (Ore Dressing)

    عبارت است از کلیه عملیات فیزیکی شیمیایی و یا فیزیک و شیمیایی که به منظور جدا کردن قسمتی از مواد باطله از کانه و یا تفکیک کانه‌ها از یکدیگر انجام میگیرد.

 

پروانه اکتشاف

    مجوزی است که برای انجام عملیات اکتشافی مواد معدنی در محدوده مشخص از سوی وزارت معادن و فلزات صادر می‌شود.

 

گواهی کشف

    تأییدیه‌ای که توسط وزارت معادن و فلزات پس از اتمام عملیات اکتشافی و کشف کانه به نام دارنده پروانه اکتشاف صادر می‌شود.

 

بهره برداری

    مجموعه عملیاتی است که به منظور استخراج و کانه آرایی و به دست آوردن مواد معدنی قابل فروش انجام می‌گیرد.

 

بهره بردار

    شخص حقیقی یا حقوقی اعم از دولتی تعاونی و خصوصی است که دارای پروانه بهره برداری از وزارت معادن و فلزات باشد.

 

استخراج  (Exploitation)

    مجموعه عملیاتی است که به منظور جدا کردن کانه از کانسار و انتقال آن به محل انباشت مواد انجام می‌گیرد.

 

اجازه برداشت

    مجوزی است که از سوی وزارت معادن و فلزات برای تأمین مصالح ساختمانی مورد نیاز طرحهای عمرانی و برداشت واریزه‌ها (مواد قابل استفاده معدنی تجمع یافته در مکانی خاص) و ذخایر محدود و جزئی و نیز عملیات آزمایشگاهی صادر می‌شود.

 

حقوق دولتی

    عبارت است از درآمد دولت ناشی از استخراج بهره برداری و برداشت هر واحد از ماده یا مواد معدنی.

 

فرآوری

    شامل کلیه عملیاتی است که بر روی مواد خام معدنی یا کانه آرایی شده آنها انجام و در نتیجه موجب تولید مواد اولیه صنعتی می‌شود.

 

محل انباشت مواد

    محلی است خارج از کارگاه های استخراج و تونل‌ها و چاه‌ها که مواد استخراج شده در آنجا انباشته می‌شود.

 

مواد باطله

    عبارت است از موادی که در نتیجه استخراج یا کانه آرایی از کانه جدا میگردد.

 

شن و ماسه معمولی

    شن و ماسه‌ای که حاوی کانی های با ارزش نبوده و یا تفکیک آنها مقرون به صرفه نباشد و عمدتاً در کارهای ساختمانی راهسازی بتن ریزی و نظایر آن استفاده میگردد.

 

خاک رس معمولی

    خاکی است که برای ساختن خشت و آجر معمولی (غیرنسوز) به کار میرود و نیز در عملیات ساختمانی و راهسازی و کشاورزی از آن استفاده می‌شود.

 

خاک صنعتی

    خاکی است که به علت داشتن خواص فیزیکی و شیمیایی خاص مصارف صنعتی مختلف دارد.

 

سنگ لاشه و ساختمانی

 سنگ‌های مختلف موجود در طبیعت که حاوی کانه قابل تفکیک در شرایط کنونی نبوده و عمل آوری آن رایج و معمول و یا مقرون به صرفه نباشد و بنا به تشخیص وزارت معادن و فلزات سنگ تزئینی نیست و عموماً در پی یا دیوارچینی ساختمان‌ها راهسازی و دیواره‌سازی و امور نظیر آن به کار می‌رود.

 

عیار

به نسبت کانه به کانسنگ گفته می‌شود از آنالیز کانی شناختی برای تعیین آن استفاده می‌شود.

 

انواع ذخایر معدنی

ذخایر معدنی به چهار شکل زیر در طبیعت دیده می‌شوند:

الف) ایزومتریک: که در این نوع کانسار‌ها ابعاد کانسار در تمام جهات تقریبا یکسان است. دخایر توده‌ای و پرفیری نوعی از ذخایر ایزومتریک به شمار میروند.

ب) استوانه‌ای: کانسارهایی هستند که گسترش یک بعد نسبت به دو بعد دیگر خیلی بیشتر است.

ج) صفحه‌ای – تخت: کانسارهایی هستند که گسترش یک بعد نسبت به دو بعد دیگر خیلی کمتر است

ذخایر رگه‌ای، از نوع ذخایر صفحه‌ای شکل بوده که نحوه شکل گیری آنها بدین صورت است که، گسل‌ها و شکستگی‌ها در صورتی که توسط محلول‌های گرمابی و یا ماگمائی پُرشوند ذخایر رگه‌ای تشکیل می‌شوند. که خود به چند دسته تقسیم می‌شود:

رگه‌ای ساده، رگه‌ای بادبزنی، رگه‌ای شعاعی، رگه‌ای حلقوی، رگه‌ای دم اسبی، رگه‌ای زین اسبی و مشتمل.

رگه‌ای زین اسبی (saddle reefs): در چین‌ها بوجود می‌آیند، در ستیغ چین بیشترین فضای خالی را داریم که فضا مناسب برای رسوب گذاری سیال کانه زا است. مثل طلا و منگنز

مشتمل: که خود به سه نوع نردبانی، موازی، متقاطع تقسیم می‌شود.

د) ذخایر عدسی: در بعضی از دخایر به دلیل وضعیت خاص منطقه کانی سازی و شرایط تبلور محلول، ذخیره تشکیل شده حالت عدسی به خود می‌گیرد.