روش استخراج معدن زیرزمینی تخریب در طبقات فرعی – Sublevel caving
یکی از روش‌های استخراج ذخایر معدنی، روش‌های زیرزمینی هستند. روش تخریب در طبقات فرعی جزو روش‌های تخریبی استخراج زیرزمینی به شمار می‌آید در ایران معدن چهار گنبد کرمان به این روش استخراج می‌گردد. از مسائل مهم در این روش، فاصله طبقات فرعی است. بر اساس تعریف، فاصله بهینه طبقات فرعی فاصله‌ای است که به ازای آن، هزینه‌های استخراج کمینه شود.
هزینه‌های معدنکاری به‌طورکلی به دو گروه هزینه‌های سرمایه‌ای و هزینه‌های عملیاتی تقسیم می‌شود. هزینه‌های سرمایه‌ای شامل هزینه‌های خرید تجهیزات و حفر و آماده‌سازی حفریات و بازکننده‌ها است و هزینه‌های عملیاتی شامل هزینه‌های عملیات حفاری، آتشباری، بارگیری و باربری است.
به‌طورکلی فاصله طبقات با هزینه‌های سرمایه‌ای رابطه معکوس و با هزینه‌های عملیاتی رابطه مستقیم دارد. بر اساس آن هزینه‌های کلی استخراج که از جمع این دو به دست می‌آید، دارای نقطه کمینه است و فاصله متناظر این نقطه کمینه، فاصله بهینه طبقات است. یکی از روش‌های محاسبه با استفاده از مدل بلوکی اقتصادی ذخیره در نرم‌افزار دیتاماین، طول و عرض لایه ماده‌معدنی در هر افق محاسبه می‌شود و با توجه به آن هزینه‌های عملیاتی و آماده‌سازی محاسبه می‌گردد.
شکل زیر سه کارگاه استخراجی را نشان می‌دهد که در یک سطح قرار دارند. ملاحظه می‌شود که در اولین کارگاه عملیات استخراج خاتمه یافته و تخریب کمربالا اتفاق افتاده است. در این حالت در دومین کارگاه عمل آتشکاری بر روی موادمعدنی انجام شده ولی کانی خرد شده تخلیه نشده است زیرا در اثر بیرون کشیدن آن توزیع تنش برای کارگاه‌های مجاور برهم می‌خورد و از لحاظ ایمنی اشکال می‌نماید. در سومین کارگاه تنها چال‌های بادبزنی حفر شده است.
چال‌ها دارای شیب حداقل ۷۰ درجه هستند؛ بنابراین بین دو کارگاه در یک سطح خاص موادمعدنی بصورت دست نخورده باقی میمانند؛ به همین دلیل در طبقه‌ی فرعی پایین‌تر تونل‌های تولیدی در محلی احداث می‌شوند که با حفر چال‌های بادبزنی با همان شیب حداقل ۷۰ درجه موادمعدنی باقی مانده در تراز بالایی بطور کامل چالزنی و آتشکاری و در نتیجه استخراج شوند.
با توجه به شکل بالا اگر در طبقه‌ی فرعی ۱ زاویه‌ی حفر چال‌های کناری از ۷۰ درجه کمتر شود آتشکاری این چال‌ها موجب می‌شود که منطقه‌ی چال‌های عمودی حفر شده طبقه‌ی فرعی ۲ صدمه ببیند. این امر باعث برهم خوردن نظم تنش های وارد بر تونل‌های تولیدی در هر طبقه‌ی فرعی خواهد شد. این حداقل زاویه‌ی چال‌ها بر اساس تجربیات متعدد به دست آمده است و با این حساب فاصله‌ی بین دو تونل تولید متوالی در هر طبقه‌ی فرعی ۱۱-۹ متر می‌باشند.
ساختار روش
عملیات تولید در روش استخراج تخریب در طبقات فرعی بصورت پس رو می‌باشد و در هر مرحله از آتشکاری به دهانه‌ی تونل تولیدی نزدیک می‌شویم. سینه‌کار استخراجی در هر طبقه نسبت به طبقه‌ی بالایی عقب‌تر است. این فاصله به اندازه‌ای است که ایمنی لازم برای طبقات پایینی فراهم شود.
شرایط کاربرد:
مشخصات سنگ
مهمترین مسأله در به کارگیری روش استخراج تخریب در طبقات فرعی کنترل میزان کاهش عیار ماده‌ی معدنی در اثر فرآیند رقت است. پدیده‌ی ترقیق اغلب در اثر ریزش سقف و دیواره‌ها که ماده‌ی معدنی را احاطه نموده‌اند رخ می‌دهد.
اندازه، شکل و عمق ماده ی معدنی
شیب کانسار هرچه به قائم نزدیک‌تر باشد شرایط کاری مناسب‌تری فراهم می‌شود. براساس تجربه حداقل شیب برای اجرای این روش ۶۰ درجه است.
ارتفاع طبقات فرعی
از لحاظ تئوری فاصله‌ی عمودی بین طبقات فرعی هر چه بیشتر باشد، هزینه‌ی کمتری دربر خواهد داشت و مطلوب‌تر است اما در عمل چندین پارامتر این اندازه را تعیین می‌کنند: شیب کانسار، توانایی چال زنی، فضای تونل و پهنای ستون.
تجهیزات معدن مورد استفاده در این روش
- ماشین آلات بارگیری: بطور کلی ماشین آلات هوشمند بطور مطلوبی استفاده شده است.
- ماشین آلات چالزنی: جامبو دریل‌های دو یا سه بومی به ویژه برای ایجاد الگوی چازنی در این روش کاربرد دارند. اعمال نیروی فشاری لازم می‌تواند توسط هوای فشرده و یا موتور دیزلی این جامبو دریل‌ها صورت گیرد. بطور کلی آن دسته از این ماشین آلات که توسط هوای فشرده کار می‌کنند خیلی گران نمی‌باشند ولی ممکن است متعلقات آنها هنگام انتقال از یک سطح به سطح دیگر آسیب ببیند.
- ماشین آلات آتشکاری: اغلب برای خرج گذاری آنفو توسط هوای فشرده از لوله‌های پنوماتیکی استفاده می‌شود.
مسائل اجرایی
در روش استخراج تخریب در طبقات فرعی مهمترین عامل طراحی استخراج و معدنکاری صحیح حفظ ترتیب کار است. حفظ ترتیب کار دو دلیل عمده دارد:
- پیوستگی تخریب و در واقع حفظ صفحه ی تخریب ۴۵ درجه.
- جلوگیری از تکرار و نیز تداخل برخی عملیات.
با اتخاذ یک روش پیوسته می‌توان بطور اساسی از ایجاد فضاهای خالی زیرزمینی در مکان‌هایی که هنوز در حال استخراج مواد معدنی است جلوگیری به عمل آورد. همچنین لازم است از هم زمان شدن چال‌های در حال چالزنی با چال‌هایی که از مواد منفجره پر شده اند به واسطه‌ی رعایت مسائل ایمنی جلوگیری به عمل آید.
نگهداری و پایداری
کنترل تخلیه
کنترل تخلیه به روش چشمی:
در شیوه‌ی چشمی از روی رنگ و شکل سنگ معدنی میزان عیار و درصد اختلاط آن با سنگ باطله تخمین زده می‌شود و با تشخیص چشم نقطه‌ی توقف بارگیری اعلام می‌شود. پس از انجام چند سیکل آتشکاری و بارگیری بطور تجربی می‌توان تشخیص داد که پس از کشیدن چه حجمی از سنگ معدنی عبار آن از عیار حد کمتر شده و بارگیری باید متوقف شود. این شیوه از نظر اجرایی بهترین راه کنترل تخلیه می‌باشد چرا که پیدا کردن نقطه‌ی توقف بارگیری در واقع با روش سعی و خطا انجام می‌شود. به همین علت دقت آن قابل قبول است و از طرفی دیگر انجام این تشخیص هیچگونه اتلاف زمانی ندارد.
کنترل تخلیه به روش نمونه برداری:
در کنترل تخلیه به شیوه‌ی نمونه برداری، پس از انجام هر مرحله بارگیری، نمونه برداری انجام می‌گیرد و عیار نمونه‌ها را اندازه می‌گیرند. چنانچه این عیار بیش از عیار حد باشد، بارگیری ادامه پیدا می‌کند و در غیر این صورت متوقف خواهد شد. این شیوه در عمل هیچگاه موفق نبوده است چون هزینه‌ی زیادی را شامل می‌شود و علت آن این است که در تمام فواصل زمانی مربوط به انجام آزمایش عیار سنجی، دستگاه بارگیری خوابیده است و باعث پایین آمدن میزان تولید و بازدهی روش استخراج می‌گردد.
رقت
در روش‌های استخراج زیرزمینی رقت عبارت است از: نسبت وزن مواد باطله به وزن مواد باطله و کانی مفید همراه اما از آن جا که در یک کار اجرایی عملاً اندازه‌گیری وزن مواد باطله و کانی مفید همراه آن در جریان تولید امری غیرممکن است، با تغییرات ساده‌ای می‌توان با استفاده از عیار به جای وزن، میزان رقت را براحتی محاسبه کرد زیرا عیار گرفتن از ماده‌ی معدنی به مراتب آن تراز اندازه گرفتن وزن مواد باطله و کانی همراه آن است. بدین ترتیب فرمول میزان رقت بصورت زیر به دست می‌آید:
رقت= (عیار ماده‌ی معدنی استخراج شده – عیار ماده‌ی معدنی درجا) تقسیم بر (عیار ماده‌ی معدنی پس از رقیق شدگی – عیار ماده‌ی معدنی درجا)
قابلیت مکانیزاسیون
عملیات استخراج در روش استخراج تخریب در طبقات فرعی دارای یک سیکل ثابت و استاندارد بصورت زیر می‌باشد:
- حفر تونل‌های تولید و تقویت پایداری آنها.
- چالزنی با آرایش بادبزنی.
- آتشکاری چال ها.
انعطاف پذیری
استاندارد و تخصصی بودن عملیات، طبقات فرعی و تونل‌های استخراجی متمایز و استفاده از سیستم باربری بدون ریل، درجه‌ی بالایی از انعطاف پذیری عملیات را در این روش به وجود آورده است؛ بعنوان مثال: با تغییر در برنامه ریزی انجام عملیات به جهت تغییراتی در شرایط کانسار به شرح زیر تولید روند به صورتی مطلوب ادامه خواهد یافت:
- تغییر در ضخامت کانسار
- تغییر در شیب کانسار
- تغییر در عیار و توزیع ماده ی معدنی
- تغییر در خصوصیات خردشوندگی کانسنگ
۱- پیشروی:
پیشروی در sub level stoping از پایین به بالاست در حالی که در روش دیگر از بالا به پایین است زیرا کمر بالا و کمر پایین حالت ریزش دارند
۲- درجه ی مکانیزاسیون:
درجه ی مکانیزاسیون روش sublevel stoping بیشتر است زیرا در روش دیگر بحث ریزشی بودن کمر بالا و کمر پایین مطرح است و کنترل آن از عهده‌ی ما خارج است ولی درجه ی مکانیزاسیون آن از انباره‌ای و کند و آکند بیشتر است.
درجه ی مکانیزاسیون
Sub level stoping > sub level caiving
مزایا sublevel caiving
- هم در زمین های سخت و هم در زمین های سست کاربرد دارد
- OMS بالا
- قابلیت مکانیزاسیون تا سطح مورد نظر
- ایمنی بالا
- بازیابی بالا
- نیاز به استفاده ی از نیروی انسانی ماهر ندارد
معایب sublevel caiving
- بزرگترین عیب این روش کاهش عیار ماده‌ی معدنی (۱۰ تا ۳۵ درصد رقیق شدگی) و مشکلات موجود در کنترل آن است.
- در بعضی از مکان هایی که عملیات چالزنی و آتشکاری در آنجا انجام شده باید بر اساس تجربه عملیات نگهداری اجرا شود تا بتوان عیار ماده‌ی معدنی را کنترل کرد.
- معدن باید از نیروهای متخصص در امر نمونه گیری و آزمایش بهره مند باشد تا بطور مستمر میزان عیار ماده‌ی معدنی را کنترل نموده، با تغییر عیار، تدابیر لازم را اتخاذ نمایند. در مورد معانی که از امکانات شهری دور هستند این مسأله حادتر است زیرا استخدام افراد متخصص در این شرایط هزینه‌ی بیشتری را به معدن تحمیل می‌کند.
- هزینه‌ی توسعه‌ی معدنی که به این روش استخراج می‌شود آن قدر زیاد است که اغلب بعنوان یک عامل بازدارنده مطرح می‌شود.
- اگر شرایط ماده‌ی معدنی و کمربالا مناسب نباشد بازیابی بشدت پایین می‌آید.
- جهت ایجاد جریان ثقلی مواد استخراجی به طرف پایین باید در کل کانسنگ عملیات چالزنی و آتشکاری را انجام داد که باعث هزینه‌های عملیاتی می‌شود.
- اگر تونل‌های تولید را جزء آماده سازی به حساب آوریم حجم آماده سازی در این روش بالاست.
- نیاز به سرمایه گذاری اولیه ی نسبتاً زیادی دارد.
- تخریب لایه‌های فوقانی کانسار تا سطح زمین باعث میزان بالایی از نشست در سطح زمین می‌شود.
- لزوم دقت در کنترل کشش بحرانی جهت انجام رضایت بخش روش که باعث بالا رفتن میزان هزینه‌ها می‌شود.
- برای نگهداری تجهیزات بایستی اتاق دسترسی ایجاد گردد.
