آشنایی با معدن سنگ آهن سنگان
تاریخچه
اولین بار با عنوان معادن سنگ آهن خواف در کتاب نزهت القلوب حمدلله مستوفی از آن نام برده است. بهره‌برداری سنتی از زون های هماتیت دار سنگ آهن سنگان با توجه به شواهد و آثار باقی مانده جهـت استفاده در صنایع رنگرزی حدود ۶۰۰ سال پیش است.
اکتشاف اولیه طی سال‌های ۱۳۵۳-۱۳۵۰ توسط بخش خصوصی انجام شده است. بعد از اکتشاف اولیه در طی سال های۶۲ تا ۶۸ توسط شرکت ملی فولاد اکتشافات مقدماتی و ارزیابی اولیه جهت انجام مطالعات مراحل بعدی انجام شده است. اکتشافات تفصیلی طرح و انجام آزمایشات متالوژی و نیمه صنعتی با استفاده از آخرین تکنولوژی روز دنیا توسط همکاری مشترک کارشناسان ایرانی و مشاورین استرالیایی BHP طی سال‌های ۱۳۷۲تا ۱۳۷۹ انجام شده است.
مطالعات امکان سنجی و ارزیابی فنی اقتصادی طرح سنگان توسط مشاورین BHP استرالیا در سال ۱۳۷۲ انجام گرفته است.
به روز آوری مطالعات اقتصادی طرح توسط مهندسین مشاور ایتوک ایران در سال ۱۳۷۵
- بهینه‌سازی و به روزآوری مطالعات فنی اقتصادی طرح با هدف استفاده حداکثر از امکانات ساخت داخل و به حداقل رساندن سرمایه گذاری ارزی توسط کنسرسیوم SBI (متشکل از سایمونز کانادا، بیت من آفریقای جنوبی، ایرتیک ایران) طی سال‌های (۷۷ـ ۷۶).
- برگزاری مناقصه بین المللی جهت انتخاب شرکت طراح و سازنده کارخانجات تولید کنسانتره و گندله سنگ آهن و جلب موسسات اعتباری خارج از کشور و تامین منابع مالی طرح (اردیبهشت ۷۹)
- تعیین برنده مناقصه: زمان پیش بینی شهریور ۷۹
- پیش بینی زمان راه اندازی: سال ۱۳۸۳
موقعیت جغرافیایی معدن
معادن سنگ آهن سنگان در استان خراسان و در ۲۸۰ کیلومتری تقریبا جنوب شرق مشهد، ۵۸ کیلومتری جنوب تایباد، ۴۰ کیلومتری شرق خواف و ۱۸ کیلومتری شمال شرق سنگان و از نظر زمین‌شناسی در بلوک جنوبی رشته کوه‌های میانی چهارگوش تایباد قرار دارد. کانسار سنگان بین طول‌های ۲۶۲۵۰۰ تا ۲۶۶۵۰۰ و عرض ۳۸۱۷۵۰۰ تا ۳۸۲۰۵۶ بر مبنای مختصات U. T. M قرار گرفته و بلندترین نقطه ارتفاعی در محدوده کانسار، در قسمت شرقی کوه طالب بوده و حدود ۱۸۱۲ متر ارتفاع دارد.
شرایط آب و هوایی
آب و هوای این ناحیه از نوع خشک کویری بوده، متوسط بارندگی سالیانه ۲۰۰ میلیمتر و فصل ریزش‌های جوی از آذر ماه تا اوایل اردیبهشت ماه است. این ناحیه در معرض بادهای موسوم به بادهای ۱۲۰ روزه سیستان قرار می‌گیرد و سرعت باد در این منطقه خیلی زیاد است.
زمین شناسی
منطقه مورد بحث در سری تشکیلاتی قرار گرفته که از نظر ساختمانی در قسمت شرق ایران قرار گرفته که تماماً از نظر رخساره و ساختمانی از ویژگی‌های خاص این قسمت پیروی می‌کند.
بر اساس شکل بعد این کانسار را جز ایران مرکزی می‌دانند. تعداد نسبتا زیادی از رخنمون‌های کوچک و بزرگ کانسنگ آهن در میان بلوک جنوبی رشته کوه اصلی و در بین طبقاتی که بر اساس نقشه‌های زمین‌شناسی به پروتزوئیک نسبت داده شده، قرار گرفته است.
از جمله مسائل این کانسار عیار بالا و گسترش زیاد و حجیم بودن موادمعدنی همراه با مقادیر بسیار ناچیز عناصر مضر از جمله فسفر، اهمیت ویژه‌ای به کانسار داده است. نواحی مورد بحث به سه منطقه تقسیم می‌گردد که درون مستطیل شرقی ـ غربی با درازای حدود ۲۶ کیلومتر و پهنای ۸ کیلومتر محصور می‌گردد. این مناطق عبارتند از:
- آنومالی‌های منطقه غربی شامل محدوده کانسار سنگ آهن سنگان
- آنومالی‌های منطقه مرکزی شامل محدوده آنومالی‌های در دوی و باغک
- آنومالی‌های منطقه شرقی شامل مناطق فرزنه، سنجده و سایر رخنمون‌های پراکنده
بر اساس تقسیم‌بندی فوق می‌توان طول محدوده آنومالی‌های شرقی را ۱۷ کیلومتر و طول محدوده آنومالی‌های مرکزی را ۲ کیلومتر و محدوده باقیمانده از ۲۶ کیلومتر را به آنومالی غربی نسبت داد.
بیشتر نهشته‌های بزرگ کانسنگ آهن در منطقه آنومالی‌های غربی و در ناحیه کوه طالب واقع شده و محدوده‌ای به درازای 4/1 و پهنای ۲ کیلومتر اشغال می‌کند که به نام کانسار سنگ آهن سنگان موسوم گردیده است، بنابراین کانسار سنگ آهن سنگان قسمتی از زنجیره‌های بزرگ و تقریبا پیوسته آهن است که در ضمن مهمترین و بزرگترین آنها به شمار می‌آید.
توده موادمعدنی شامل عدسی‌های نواری است که در داخل مجموعه‌ای از سنگ‌های مختلف مانند متاسینریت‌ها و متاتوف‌های دگرسان شده و آهک‌های با تبلور مجدد قرار گرفته است.
کانی شناسی و سنگ شناسی
کانی اصلی کانسار سنگ آهن مگنتیت می‌باشد که کم و بیش مارتیتی است.سنگ آهن در قسمت‌هایی همراه با آثاری از سولفیدها مثل پیروتیت، پیریت، کالکو پیریت، اسفالریت، گالن می‌باشد. کربنات مس نیز بصورت مالاکیت، آزوریت در قسمت‌هایی در سطح و شکستگی‌ها دیده می‌شود تاثیر فرسایش کواترنری بر روی کانسار، باعث تخریب شده و در قسمت دامنه جنوب غربی کوه طالب و نواحی پراکنده دیگر وسعت‌های زیادی توسط پلاسرهای بزرگ سنگ آهن پوشیده شده است توالی استراتیگرافی از شمال به جنوب بدون در نظر گرفتن سن به شرح زیر است:
۱- گرانیت: حد شمالی را تشکیل می‌دهد. این توده گرانیتی در منطقه به نام گرانیت سرنوسر معروف است دارای طویل شدگی شرقی ـ غربی بوده و نسبتا باریک می‌باشد. قسمت اعظم این نوع گرانیت از نوع بیوتیت آمفبیول گرانیت می‌باشد. از طرف شمال با رسوبات نئوژن و از طرف جنوب به کمپلکس رسوبی متامورف شده در کنتاکت می‌باشد. این توده گرانیتی در نواحی در دوی و توده A’ حداقل فاصله را با کانسار آهن دارد.
۲- کمپلکس متاولکانو سدیمنت: شامل سکانسی از سیلت، متاکوارتزیت (ماسه سنگ های متامورف شده) با سیمان توفی و غیره می‌باشد.
۳- آهک: آهک جز کمپلکس متاولکانوسدیمنت است چون در بیشتر قسمت‌ها مهماندار اصلی کانسنگ بوده به خاطر اهمیت به طور جداگانه در نظر گرفته شده است.
۴- اسکارن: شامل گرونا، پیروکسن، آمفبیول، کلریت و … است.
۵- کانسنگ آهن: توده موادمعدنی به صورت عدسی‌ها و باندهای با ضخامت متفاوت در میان طبقات آهکی و سنگ‌ها و دیگر کمپلکس متاولکانوسدیمنت جای گرفته است.
۶- ولکانیک‌ها: کمپلکس ولکانوسدیمنت در قسمت جنوب کانسار نیز ادامه داشته و طبقاتی تیره رنگ را تشکیل می‌دهد که وزن مخصوص بالایی دارند. بعد از محدوده کمپلکس ولکانوسدیمنت طبقات ولکانیکی ائوسن قرار دارد.
۷- تراس‌ها و نهشت‌های آبرفتی: فرسایش و تخریب کواترنری موجب تشکیل رخنمون‌های وسیعی از نهشته‌های تقریبی افقی شکلی شده است که در پای دامنه بلندی‌ها و بر روی سنگ‌های منطقه قرار گرفته است.
ژنز کانسار
نظریه‌های مختلفی برای ژنیز کانسار سنگان ارائه شده است که در زیر به دو تا از آنها اشاره شده است:
– در گزارشی در سال ۱۳۵۵ ژنیز کانسار را به متاسوماتیزم نسبت می دهد و از مجاورت سنگ درون گیر یعنی کمپلکس ماسه سنگ، شیل و لایه‌های آهکی با گرانیت به عنوان عامل اصلی یاد می‌کند. در سال ۱۳۶۱ نظریه بالا رد شده و ژنیز کانسار را ولکانیک تاساب ولکانیک اعلام کردند.
آهن در ایران از دیدگاه تمرکز
در حال حاضر پنج سازنده آهنی در ایران شناخته شده است. این سازنده‌ها عبارتند از: منیتیت، منیتیت-هماتیت، هماتیت، سیدریت، لیمونیت و هماتیت قهوه‌ای ذخایر عمده منیتیتی در ایران مرکزی قرار دارند. در ایران مرکزی همه ذخایر مهم تجارتی در محدوده سنگ‌های قدیمی قرار دارند. از لحاظ ساختاری در بلوک بافق واقـع شده‌اند. این بلوک از شرق و غرب توسط شکستگی‌های بنان محدود می‌شوند. پهنای این بلوک ۱۰۰ کیلومتر و درازای آن ۴۰۰ کیلومتر است.
پراکندگی سنگ‌های آهن دار در ایران
بر اساس برداشت های مغناطیس سنجی ـ هوا بردی و بررسی‌های زمین شناختی آهن خیز ایران می‌توان پراکندگی این سنگ‌ها را به شرح زیر تقسیم کرد:
الف ـ کمربند زنجان ـ سمنان، مشهد
ب ـ کمربند همدان، اصفهان، سیرجان
ج ـ کمربند انارک، بافق، کرمان
د ـ حوزه بندرعباس
از جمله ذخایر مهم ناحیه الف می‌توان کانسار سنگان، شهرک (زنجان) نام برد که خلوص زیاد و عیار مناسب دارد. وجود ۹۲ آنومالی در ناحیه (ب) محرز شده است. معدن گل گهر سیرجان با ذخیره قطعی ۱۴۰ میلیون تن از جمله ذخایر مهم این ناحیه می‌باشد. ناحیه (ج) با حدود ۱۵۰ آنومالی مهمترین کمربند اهنی ایران است و حدود ۲ میلیارد تن ذخیره دارد. بزرگترین معدن ایران که تاکنون کشف شده کانسار چادرملو با ۴۰۰ میلیون تن ذخیره در ایران مرکزی است. از جمله معادن مهم دیگر چغارت با حدود ۲۰۰ میلیون تن ذخیره می‌باشد. کانسار تنگه زاغ در ۱۷ کیلومتری شمال غربی بندر عباس با ذخیره ۴۰ میلیون تن با عیار ۵۵ درصد در این ناحیه است.
ذخیره معدن سنگان
بر اساس گزارشات کارشناسان ایرانی که در گزارش اکتشاف مقدماتی معدن منعکس شده ذخیره احتمالی معدن در تودهای A و B و C بدون در نظر گرفتن عیار حد ۶۰۰ میلیون تن برآورد گردید که این رقم بعدها پس از بررسی‌های مجدد به ۵۴۰ میلیون تن رسید.
پس از انجام عملیات اکتشاف تفصیلی و گزارش ارائه شده مشخص گردید که وضعیت ذخیره سنگ آهن به شرح زیر است:
- ذخیره زمین شناسی ۵۴۱ میلیون تن با عیار 42/3 درصد و گوگرد 0/75 درصد
- ذخیره قطعی ۳۲۲ میلیون تن با عیار آهن 44/4 درصد و گوگرد 0/59 درصد
مروری بر مطالعات انجام گرفته قبلی پیرامون موضوع:
خصوصیات ژئومکانیکی توده سنگ که تاثیر خیلی زیادی بر روی طراحی آتشکاری دارند عبارتند از:
- مقاومت دینامیکی سنگ
- فاصله و جهت یابی صفحات ضعف
- لیتولوژی و ضخامت لایه‌های رسوبی
- سرعت انتشار امواج در سنگ
- خصوصیات الاستیک سنگ
- نوع پرکننده‌ها و باز شدگی درزها
- اندیس ایزوتروپی و آنیزوتروپی توده سنگ
تعیین این پارامترها بصورت مستقیم یا بوسیله روش‌های آزمایشگاهی خیلی هزینه بر و مشکل می‌باشد آزمایش‌هایی که بر روی نمونه‌ها انجام می‌شود معمولا شامل ناپیوستگی‌ها و تغییرات لایه‌بندی توده سنگ نمی‌شود. از سوی دیگر برای آزمایش، اندازه یک نمونه باید حداقل ۱۰ برابر بزرگتر از متوسط فاصله بین درزه‌ها باشد. با این وجود روش‌هایی وجود دارد که بوسیله آنها می‌توان اطلاعات کاملی از خصوصیات توده سنگ درجا بدست آورد. در حال حاضر تکنیک‌های معمول برای بدست آوردن خصوصیات ژئومکانیکی توده سنگ عبارتند از:
- حفاری الماسه با بازیافت مغزه و انجام تست‌های ژئومکانیکی
- مطالعات ساختاری سیستم درزه‌ها
- مطالعه سیزمیک پروفیل‌ها
- انجام مطالعات ژئوفیزیکی و چاه‌نگاری
- انجام مطالعات ژئوفیزیکی و عملیات چاه نگاری در چال‌های بلوک انفجاری
بر اساس هر یک از موارد فوق مطالعاتی انجام گرفته که در این مبحث به تعدادی از آنها و همچنین نتایج بدست آمده اشاره خواهد شد.
حفاری الماسه با بازیافت مغزه و انجام آزمایش‌های ژئومکانیکی
در سال ۱۹۹۵ سه محقق کانادایی مطالعاتی را بر روی تعداد ۱۳ انفجار در یکی از تونل‌های معدن آزمایشی کانمت انجام دادند. ایشان قبل از هر انفجار RQD ،RMR، و همچنین اندازه متوسط بلوک‌های درجا را اندازه‌گیری کردند. و بعد از انفجار نیز بوسیله سرند کردن توده حاصل، اندازه متوسط قطعات حاصل از انفجار را بدست آوردند. ایشان نتوانستند یک رابطه خطی و یا غیره برای نتایج بدست آورند ولی در نهایت نتایج کلی زیر را منتشر کردند:
الف ـ با بزرگتر شدن اندازه متوسط قطعات درجا، اندازه متوسط قطعات حاصل از انفجار نیز بزرگتر می‌شود.
ب ـ با افزایش خرج ویژه قطعات حاصل از انفجار کوچکتر می‌گردند.
ج ـ با افزایش مقادیر Q ، RMR و RQD قطعات حاصل از انفجار بزرگتر می‌گردد.
مطالعه ساختاری درزه‌ها
با توجه به اینکه عملیات آتشکاری به عنوان یک مکمل برای خرد کردن سنگی که از قبل ناپیوستگی دارد، به حساب می‌آید، با استفاده از شبکه ناپیوستگی‌های توده سنگ برای آن یک توزیع خردشدگی توزیع می‌گردد. قبل از انفجار شبکه ناپیوستگی‌ها به صورت دیمانسیون سه بعدی و با هدف تعیین چگونگی جا گرفتن بلوک‌های درجا و اندازه‌گیری حجم آنها تعیین می‌گردد.
در سال ۱۹۹۷ سه محقق اسپانیایی یک سری مطالعات را بر همین اساس در دو معدن انجام دادند. معدن روسین که یک معدن روباز و زیرزمینی روی در تشکیلات دولومیتی نسبتا تودهای می‌باشد، دارای پله‌هایی به ارتفاع ۱۰ متر، قطر چال ۹ اینچ و بیشتر خرج مصرفی آنفو می‌باشد، معدن آنوسا که یک معدن رو باز آلومینیوم در تشکیلات شیستی کم تا زیاد شکسته می‌باشد ارتفاع پله‌ها ۶ متر و قطر چال‌ها 6/5 اینچ و بیشتر خرج آنفو بوده است.
مطالعه سیزمیک پروفیل‌ها
خصوصیات توده سنگ برجا تاثیر مهمی بر میزان خردشدگی و نتایج انفجار دارد. صرف در نظر گرفتن نوع و جنس سنگ و لحاظ کردن آنها در محاسبات آتشکاری بدون در نظر داشتن خواص توده سنگ برجا، خطاهای زیادی را در محاسبات وارد خواهد نمود.
معمولا آزمایش‌های خصوصیات سنگ بوسیله مغزه‌گیری انجام می‌گیرد و از آنجا که این آزمایشات در شرایط طبیعی سنگ انجام نمی‌گیرند، تاثیرات درزه‌ها، حجم آب، هوا زدگی و وجود ناپیوستگی‌ها به طور دقیق در نظر گرفته نخواهد شد. لذا برای مشخص کردن هرچه دقیق‌تر خصوصیات توده سنگ می‌توان از مطالعه سرعت امواج در بلوک انفجاری استفاده نمود.
نرم افزاری تحت عنوان Dyna CAD3D نیز تهیه شده است که با توجه به این اطلاعات و یک سری داده‌های دیگر مربوط به طراحی آتشکاری، منحنی دانه‌بندی قطعات حاصل از انفجار را ترسیم می‌نماید. برای نمونه منحنی شکل زیر بوسیله این نرم افزار و با توجه به داده‌های زیر ترسیم شده است:
- سرعت امواج اولیه ۶۶۲۶ متر بر ثانیه
- سرعت امواج ثانوبه۲ ۲۷۳۱ متر بر ثانیه
- دانسیته متوسط سنگ 2/58 گرم بر سانتی‌مترمکعب
- نسبت پواسون 0/40
- مدول یانگ ۵۳۸ کیلو بار
- قطر چال ۷۵ میلیمتر
- S×B 2/44 × 2/44 متر
- طول چال 6/10 متر
- ماده منفجره آنفو
- طول انسداد 1/8 متر
- خرج ویژه 0/49 کیلوگرم بر مترمکعب
مطالعات ژئوفیزیکی و چاه‌نگاری
حفر چال‌های اکتشافی با مغزه‌گیری و یا بدون مغزه‌گیری برای عملیات چاه‌نگاری به منظور طراحی الگوی آتشکاری کمتر بکار می‌رود، زیرا هم هزینه و زمان زیادی لازم دارد و هم اینکه تجهیزات مخصوص به خود و مجهزی را طلب می‌کند. در مواردی همچون محل احداث ساختمان‌های بزرگ، محل عبور خطوط نیرو، محل احداث مخازن و همچنین در مواردی که چال‌ها کاربرد دیگری داشته باشند، حفر خواهد گردید.
منحنی دانه‌بندی ترسیم شده توسط نرم افزار Dyna CAD3D
مطالعات ژئوفیزیکی و عملیات چاه‌نگاری در چال‌های بلوک انفجاری
این تکنیک نسبتا ساده و قابل اعتماد می‌باشد و مطالعات در چال‌هایی که به منظور انفجار حفر گردیده‌اند انجام می‌گردد و فقط احتیاج به سرمایه جهت وسایل گمانه نگاری دارد. امروزه بوسیله این روش می‌توان اطلاعات مفیدی را بدست آورد که عبارتند از:
- موقعیت لایه‌های ضعیف
- اختلاف در مقاومت لایه‌های سنگی
- فاصله درزه‌ها و صفحات ضعیف
انجام مطالعات ژئو فیزیکی و عملیات چاه‌نگاری روش‌های مختلفی دارد. هگن و گیبسون با مطالعه سرعت انتشار امواج در سنگ‌های مختلف، خصوصیات استخراجی سنگ را بر اساس سرعت انتشار امواج در سنگ طبق جدول زیر ارائه نمودند.
جدول قابلیت کنده شدن سنگ بر اساس انتشار امواج در سنگ
| سرعت انتشار موج m/s | خصوصیات استخراجی سنگ |
| ۵۰۰/۱ < | سنگ بوسیله اسکریپر، دراگلاین‌های بزرگ، شاول و یا اکسکاواتور باکت چرخان بدون انفجار قابل استخراج است. |
| ۰۰۰/۲-۵۰۰/۱ | به آسانی کنده شده و به آهستگی و کمی مشکل توسط دراگلاین، شاول و یا اکسکاواتور باکت چرخان بدون انفجار قابل استخراج است. |
| ۵۰۰/۲-۰۰۰/۲ | کندن آن هزینه‌بر است و احتیاج به آتشکاری خفیف (فاصله چال‌ها زیاد، گل گذاری بیشتر و خرج ویژه کمتر) دارد. |
| ۰۰۰/۳-۵۰۰/۲ | احتیاج به انفجار خفیف دارد. |
| ۵۰۰/۴ > | احتیاج به آتشکاری سنگین (فاصله چال‌ها کم، طول ستون گل گذاری کمتر و خرج ویژه بیشتر) دارد. |
