مراحل عمر یک معدن – Life cycle of a Mine
مراحل عمر یک معدن به ترتیب: پی‌جویی (Prospecting)، اکتشاف (Exploration)، آماده‌سازی (Exploitation)، بهره‌برداری (Development) و بازسازی (Reclamation) می‌باشد. در جدول زیر هدف هر یک از این مراحل درج شده است. در شکل نیز مراحل عمر یک معدن و مجموعه عملیات رایج در معدنکاری نشان داده شده است.
| مرحله | هدف |
| پی جویی | جستجو برای ماده معدنی |
| اکتشاف | تعیین ارزش و گسترش ماده معدنی |
| آماده‌سازی | باز کردن ماده معدنی برای تولید |
| بهره‌برداری | تولید ماده معدنی |
| بازسازی | محافظت از محیط زیست و جبران آسیب ها و عوارض استخراج ماده معدنی |
شکل مراحل عمر یک معدن
پی جویی و اکتشاف مراحل قبل از معدنکاری هستند که غالبا همراه هم انجام می‌شود. این مراحل از عمر معدن مراحل اساسی در تعیین موقعیت و مشخص کردن حدود کانسار می‌باشند. در مرحله پی‌جویی محل یک کانسار بالقوه با ارزش اعم از ماده معدنی فلزی، غیر فلزی یا زغال سنگ و سنگ ساختمانی تعیین می‌شود و در مرحله اکتشاف این کانسار به طور تفصیلی بررسی و مشخص می‌شود.
در این مرحله اهداف برای تخقیق، متمرکز تر و مطلوبیت افزایش و ریسک منطقه تحت بررسی کاهش می‌یابد. زمین شناسان و مهندسان معدن در مسئولیت این دو مرحله شریک هستند. زمین شناسان بیشتر در رابطه با پی جویی و مهندسان بیشتر در رابطه با اکتشاف فعالیت می‌کنند.
آماده سازی و بهره‌برداری نیز دو مرحله اساسی معدن کاری قلمداد می‌شوند و از جمله کارهای مهندس معدن می‌باشند.
۱- پی جویی
عملیات پی جویی از اولین اقدامات اکتشافی یک معدن محسوب می‌شود. هدف از عملیات پی جویی آن است که با توجه به معیارها (معیارهای آب و هوایی، سنی، سنگ شناسی، ساختمانی، ژئوشیمیایی و… ) و نشانه‌های مختلف (نشانه‌های محلی، گیاهی، همزاد و…) و با استفاده از روش‌های مختلف پی‌جویی، موقعیت کانسار و وضعیت عمومی آن مشخص شود این اولین مرحله از اکتشاف است که در صورت رضایت بخش بودن نتایج حاصل، آغاز عمر یک معدن خواهد بود.
در گذشته پی جویی به طور انفرادی و با روش‌های تجربی و دانش محدود مشاهده ای و به کمک ابزار و وسایل در مناطق معدنی انجام می‌شد. اما در سال‌های اخیر با استفاده از روش‌های دستگاهی بر پایه علوم ژئوفیزیک (Geophysics) و ژئوشیمی (Geochemical) راه‌های بهتری ارائه شده است (هارتمن ۱۹۸۷). از آنجا که کانسارها هم در سطح زمین و هم در زیر سطح زمین یافت می‌شوند، برای یافتن آنها روش‌های مستقیم و غیر مستقیم پی جویی به کار گرفته می‌شود.
الف- روش‌های مستقیم:
این روش ها به کانسارهای سطحی محدود می‌شوند و شامل مشاهده چشمی رخنمون (Outcrop) یا تکه هایی از رخنمون که به واسطه هوازدگی جدا شده اند، می‌شود. مطالعات زمین شناسی یک منطقه در سطح، نوعی مشاهده چشمی است. از طریق عکس‌های هوایی و نقشه‌های توپوگرافی و ساختمانی منطقه، زمین شناس با به کارگیری روش‌های مستقیم مناطقی را که در آنها کانی سازی صورت گرفته است، تعیین می‌کند.
ب- روش‌های غیر مستقیم:
۱) ژئوفیزیک: یکی از ابزارهای با ارزش که برای جستجوی غیرمستقیم مواد معدنی واقع در عمق به کار می‌روند، ژئوفیزیک می‌باشد. مواد معدنی در بسیاری از خواص فیزیکی با سنگ‌های درون گیرشان اختلاف دارند. در روش‌های ژئوفیزیکی از طریق اندازه گیری مقادیر ثقلی (Gravity)، لرزه ای (Seismic)، مغناطیسی (Magnetic)، الکتریکی (Electrical)، الکترومغناطیسی (Electromagnetic) و پرتونگاری (Radiometric) به وجود کانسارها پی برده می‌شود (هارتمن ۱۹۸۷).
۲) ژئوشیمی: روش‌های ژئوشیمی مستلزم تجزیه نمونه خاک‌های سطح زمین، آب دریاچه ها و گیاهان برای تعیین مقدار عناصری است که ارزش زمینه بیشتر از معمول دارند (هارتمن ۱۹۸۷).
۲- اکتشاف
عملیات اکتشاف پس از یافتن کانسار شروع می‌شود و قبل از آماده کردن طرح معدن انجام این عملیات ضروری است. هدف از عملیات اکتشاف، بررسی و شناسایی دقیق کانسار، مطالعه ساختمان داخلی آن، خصوصیات سنگ‌های مجاور و بالاخره تعیین اندازه، شکل و ارزش کانسار به طور دقیق می‌باشد؛ بنابرین طراحی معدن وقتی مفهوم اجرایی پیدا می‌کند که توسط کارهای اکتشافی، شکل کانسار و میزان ذخیره معلوم شده باشد عملیات حفاری یا گمانه زنی که اطلاعات بیشتری از زیرزمین به دست می‌دهد، نمونه ای از عملیات اکتشافی هستند. روش‌های اکتشاف مشابه روش هایی است که در عملیات پی جویی استفاده می‌شوند ولی از آنها دقیق تر می‌باشند.
مرز بین دو مرحله پی جویی و اکتشاف چندان متمایز نیست و ممکن است نتوان بین این دو مرحله تمایزی قائل شد. در جدول زیر اختلاف‌های اساسی عملیات پی جویی و اکتشاف درج شده است.
| پارامتر مورد مقایسه | اختلافات |
| وسعت کار | عملیات پی جویی در نواحی وسیع (مثلا چند صد کیلومتر مربع) ولی عملیات اکتشاف در مناطق محدود (مثلا چند کیلومتر مربع) انجام می‌شود. |
| مقیاس عملیات | مقیاس عملیات پی جویی کمتر است به طوری که عملیات پی جویی معمولا در مقیاس‌های ۱:۵۰۰۰۰ ، ۱:۲۵۰۰۰ و ۱:۱۰۰۰۰ ولی عملیات اکتشاف معمولا در مقیاس ۱:۵۰۰۰ ، ۱:۲۰۰۰ و ۱:۱۰۰۰ انجام می‌شود. |
| زمان | عملیات پی جویی در نواحی وسیع و زمان کوتاه (مثلا یک سال) ولی عملیات اکتشاف روی مناطق محدود و مستلزم زمان زیادتر است و ممکن است چند سال طول بکشد. |
| نوع عملیات | در مرحله پی جویی عملیات جنبه علمی و فنی دارد و مسائل اقتصادی مورد توجه نیست ولی در عملیات اکتشافی مسائل اقتصادی در زمره مهم ترین مسائل می‌باشد. |
| نیروی انسانی مورد نیاز | در مرحله پی جویی به نیروی انسانی کمتری احتیاج است. |
- مشخص کردن شکل کانسار، وجود چین خوردگی‌ها، طرز قرار گرفتن ذخیره نسبت به سطح زمین (موقعیت کانسار)، شیب و امتداد لایه ها و…
- تعیین سن و ترتیب قرار گرفتن طبقات درون‌گیر و کلیه طبقات مورد مطالعه، مشخصات سنگ شناسی، ویژگی‌های فیزیکی سنگ‌ها
- تعیین ضخامت لایه و فاصله لایه‌ها از هم
- مشخصات فنی ماده معدنی از دیدگاه اقتصادی و کاربردی
- ویژگی کمرها از نظر استخراج
- بررسی وجود و برآورد میزان گاز، آب، حرارت و کلیه پدیده‌های زمین که ممکن است در طراحی معدن موثر باشد.
یکی از مهم ترین فعالیت‌های اکتشافی حفر گمانه می‌باشد، حفر گمانه سریع ترین و اقتصادی ترین روش نمونه برداری آن دسته از مواد معدنی است که تا اعماق گسترش یافته اند. زمین شناس یا مهندس معدن با ارزیابی نمونه‌های مغزه ای یا پیمایش گمانه ها، قادر به محاسبه میزان ذخیره (وزن کل) و عیار (درصد خلوص (آنالیز)) ماده معدنی مورد نظر خواهد بود.
منبع به مواد جامد، مایع و یا گاز پر عیار شده طبیعی گفته می‌شود که روی پوسته زمین و یا درون آن در شکل و اندازه ای ظاهر می‌شوند که در حال حاضر و یا آینده استخراج حداقل یک ماده مفید از آن از نظر اقتصادی امکان پذیر باشد. محل، عیار، کیفیت و کمیت منبع شناخته شده بوده یا از روی شواهد زمین شناسی خاص برآورد شده است. با توجه به دقیت برآورد منابع به انواع مسجل (Measured resource) ، مدلل (Indicated resource) و استنباطی (Inferred resource) تقسیم بندی می‌شوند.
در منابع مسجل، کمیت ماده معدنی از روی ابعاد دیده شده در رخنمون‌ها، ترانشه‌ها، حفریات یا گمانه‌های حفاری محاسبه می‌شود. عیار و یا کیفیت در نمونه برداری و اندازه‌گیری تا حدودی به هم نزدیک هستند و مشخصات زمین شناسی به قدری خوب تعریف شده اند که اندازه، شکل عمق و محتویات ماده معدنی منبع کاملا مشخص است.
در منابع مدلل، کمیت و عیار و یا کیفیت از روی اطلاعات اکتشافی محاسبه می‌شود، ولی محل‌های مطالعه، نمونه‌برداری و اندازه گیری دورتر بوده و یا تعداد آنها کمتر از حد مورد انتظار بوده است. درجه اطمینان و دقت، اگر چه از منابع مسجل کمتر است ولی برای اطمینان از پیوستگی زمین شناسی بین نقاط مشاهده شده کفایت می‌کند.
در منابع استنباطی برآوردها بر مبنای شواهد زمین شناسی بوده و پیوستگی مغروض در آن دارای سطح اعتماد پایین تری نسبت به منابع مدلل و منابع مسجل می‌باشد. این منابع ممکن است به وسیله اطلاعات ناشی از نمونه برداری تایید نشوند ولی فرضیه باید بر داده‌های مستدل علوم زمین (زمین شناسی، ژئوفیزیک، ژئوشیمی و یا سایر موارد) متکی باشد.
ذخیره بخشی از یک منبع است که واجد حداقل ملاک‌های فیزیکی و شیمیایی مرتبط با عملیات خاص معدن کاری و تولید از قبیل عیار، کیفیت، ضخامت و عمق باشد و می‌توان به طور مستدل اثبات کرد که می‌توان در زمان تعیین شده به طور اقتصادی و قانونی استخراج یا تولید شود. امکان پذیری عملیات معدنکاری و تولید باید نشان داده شده و یا بر مبنای آزمایش ها و اندازه گیری ها به طور مستدل ثابت شود. برای ذخایر نیز تقسیم بندی متناظری با منابع وجود دارد.
ذخیره قطعی (Proven reserve)، بخشی از منابع مسجل است که شرایط لازم برای تبدیل شدن به ذخیره را داشته باشد. ذخیره احتمالی (Probable reserve)، بخشی از منابع مدلل است که شرایط لازم برای تبدیل شدن به یک ذخیره را داشته باشد. روس ها از نظر اطمینان ذخایر را به سه دسته: ۱) قطعی ۲) احتمالی ۳) ممکن تقسیم بندی کرده‌اند.
جدول تقسیم بندی ذخایر از نظر اطمینان (شهریار ۱۳۷۳)
| نوع ذخیره | میزان کارهای اکتشافی | درصد خطا |
| A: ذخیره قطعی | این ذخایر از ۴ طرف توسط کارهای معدنی شناسایی شده اند | ۱۵ تا ۲۰ درصد |
| B: ذخیره احتمالی | این ذخایر از ۲ طرف توسط کارهای معدنی شناسایی شده اند | ۲۰ تا ۳۰ درصد |
| C: ذخیره ممکن | این ذخایر فقط توسط گمانه‌های اکتشافی شناسایی شده اند | C[SUB]۱[/SUB]: ۳۰ تا ۶۰ درصدC[SUB]۲[/SUB]: ۶۰ تا ۹۰ درصد |
– مناطقی که در عملیات پی جویی مطلوب شناسایی شده، بایستی از طریق تکنیک‌های اکتشافی تشریح و به طور کامل مشخص شود.
– با استفاده از اطلاعات حاصل از نمونه ها، تناژ و عیار تخمین زده شود.
– با استفاده از تناژ و عیار برآورد شده می‌توان ارزش حاصل از کانسار را محاسبه کرد و مقدمات لازم را برای انجام مطالعات امکان سنجی و امکان پذیری معدن کاری فراهم کرد.
۳- آماده سازی
آماده سازی در معادن زیرزمینی پیچیده تر از آماده سازی معادن روباز می‌باشد زیرا این کار مستلزم طراحی و جانمایی دقیق بازکننده ها از نظر طراحی، ایمنی و اجرا می‌باشد. به طور کلی مراحل زیر در آماده سازی معادن روباز و زیرزمینی طی خواهد شد (هارتمن ۱۹۸۷):
- الف) قبول گزارش امکان سنجی
- ب) تایید روش و طرح معدن کاری
- ج) تهیه مقدمات تامین منابع مالی بر اساس برآوردهای تایید شده هزینه گزارش امکان سنجی
- د) تعیین حقوق مربوط به سطح زمین و حقوق کانی در صورت نیاز
- ه) جمع آوری مقررات و استانداردهای زیست محیطی و اخذ مجوز بهره برداری
- و) ایجاد و تامین راه‌های دسترسی سطحی، حمل و نقل، ارتباطات و نیروی برق برای محل معدن
- ز) طراحی و احداث کارخانه‌های سطحی از جمله کلیه تسهیلات خدماتی، پشتیبانی و دفاتر اداری
- ک) احداث کارخانه فرآوری در صورت لزوم و تسهیلات حمل و نقل ماده معدنی
- ل) ایجاد و تامین تسهیلات انتقال باطله و انباشت آن
- م) انتخاب ماشین آلات معدن کاری برای آماده سازی و بهره برداری همراه با آموزش در صورت لزوم
- ن) احداث بازکننده‌های اصلی دسترسی به ماده معدنی و بازکننده‌های ثانویه در صورت لزوم
- ص) استخدام و آموزش نیروهای کارگری و تهیه خدمات پشتیبانی با توجه به نیازهای اجتماعی- سیاسی- اقتصادی کارمندان
۴- بهره برداری
برای کانسارهای مختلف معمولا روش‌های مختلفی به کار می‌رود. برای تقسیم بندی روش‌های استخراج، دستور العمل ها و روش‌های متنوعی با تاریخچه طولانی وجود دارد. تقسیم بندی روش‌های استخراج اصولا یک کار آسان و منطقی نیست و روش ایده آلی هم برای این کار وجود ندارد، به طور کلی مهندسان معدن و طراحان اعتقادی به تقسیم بندی ندارند و عقیده آنها بر این است که یک طراح معدن بایستی بر تمامی روش‌های استخراج اشراف کامل را داشته باشد تا بتواند با در نظر گرفتن عوامل مختلف بهترین روش را انتخاب کند.
روش‌های معدن کاری بر مبنای مشخصات کانسار، محدودیت‌های ایمنی، فنی و عوامل اقتصادی انتخاب می‌شود. شرایط زمین شناسی نظیر عمق و شکل کانسار، مقاومت ماده معدنی و سنگ‌های دیواره نقش اساسی در انتخاب روش معدن کاری دارند. در انتخاب روش، روشی انتخاب می‌شود که بیشترین انطباق را با مشخصات کانسار داشته باشد و در قالب محدودیت‌های ایمنی، زیست محیطی، تکنولوژی، اقتصادی و کلیه عوامل وابسطه بیشترین سود را همراه داشته باشد.
اگر هدف حداکثر تولید یا حداقل هزینه باشد، معدن کاری سطحی همیشه در مقایسه با معدن کاری زیرزمینی گزینه برتر خواهد بود؛ همچنین از لحاظ مسایل ایمنی، فنی و اقتصادی معدن کاری سطحی تقریبا همیشه گزینه برنده خواهد بود.
اکثر معادن مس و آهن در جهان به روش سطحی ولی زغال سنگ، طلا، نیکل، سرب و روی اغلب به روش زیرزمینی استخراج می‌شوند. اگر کانسار نزدیک به سطح زمین قرار داشته باشد، اولین انتخاب استفاده از روش استخراج معادن سطحی می‌باشد زیرا معادن سطحی از امکانات بیشتری برخوردار هستند.
هر چند استخراج به روش‌های سطحی به دلیل قابلیت تولید بالا و هزینه پایین آن، بر استخراج به روش‌های زیرزمینی ترجیح داده می‌شوند اما به دلیل تنوع و گوناگونی روش‌های استخراج زیرزمینی در شرایط بسیار سخت و دور از دسترس، استخراج به سمت روش‌های زیرزمینی متمایل شده است.
۵- بازسازی
در طراحی به منظور بازسازی هر نوع ماده معدنی باید مسایل بسیاری را در نظر گرفت. نخستین مساله ایمنی محل معدن است. عملیات برداشتن و انتقال ساختمان‌های اداری، تجهیزات فرآوری، وسایل حمل و نقل، خدمات عمومی و دیگر سازه‌های سطحی معمولا باید به پایان برسد، آنگاه شرکت معدنی ملزم است که همه چاه ها، تونل ها و… را که ممکن است خطرات فیزیکی ایجاد کنند، مسدود کرده، دیوارهای بلند در صورت وجود باید تعدیل شود،پرت گاه‌های و شیب‌های خطرناک به نحوی درست گردند تا از صدمات و یا مرگ ناشی از ریزش و لغزش ها و… آنها جلوگیری شود.
دومین مساله اصلی که هنگام بازسازی معدن باید به آن توجه کرد، بازگرداندن و ترمیم سطح زمین، کیفیت آب و مناطق تخلیه باطله هاست تا این که آلودگی دراز مدت آب، فرسایش خاک، تولید گرد و خاک و یا مسایل پوشش گیاهی روی ندهد. بازگرداندن گیاهان طبیعی بخش مهمی از این فرآیند است؛ چرا که گیاهان به پایداری سازه‌های خاکی و شکل طبیعی منطقه کمک می‌کنند.
آخرین نگرانی مهندس طراح معدن، کاربری زمین پس از پایان استخراج است. بسیاری از محل‌های معادن قدیمی به پناه گاهای حیات وحش، مراکز خرید، محل مسابقات گلف، فرودگاه، دریاچه، انبارهای زیرزمینی، موزه، هتل، مناطق تخلیه باطله‌های جامد و بسیاری مصارف دیگر را که می‌توانند برای جامعه مفید باشند تبدیل شده‌اند، با برنامه‌ریزی معدن برای عمران و آبادانی پس از آن، برنامه ریزان معدن می‌توانند ارزش زمین‌های استخراج شده را بالا ببرند و به کاربری آن کمک کنند.
امکانش هست منابع این مطالبتون رو هم بذارید
این مطلب قدیمی بوده و دوباره توسط نویسنده بازنویسی و تکمیل شده و دقیقا منبع مشخص از یک کتاب نیست. برای همین درج نشده
سلام خوش هستم که موضوعات این سایت را مطالعه میکنم وبرایم مفید است
درود و سپاس از توجه شما و حسن نظرتون