توسعه سریع و همه‌جانبه اقتصادهای جهانی باعث افزایش تقاضا برای منابع مواد معدنی و معادن زیرزمینی شده است. متناظراً پیشرفت‌های تحقق یافته در صنعت معدن امکان بهره‌برداری هرچه بیشتر و بهینه‌تر از معادن را فراهم کرده است. استخراج معدن در حالت کلی به صورت روباز و زیرزمینی انجام می‌گیرد. اما تفاوت‌های اصلی این رویکردها چه هستند و فواید و معایب استفاده از هر روش شامل چه مواردی هستند؟ در این مقاله قصد داریم به این سوالات پاسخ دهیم.
دو رویکرد پایه در استخراج معدن وجود دارند:
- حفر زمین و برداشت مرحله به مرحله از سطح آن
- دسترسی به مواد معدنی از طریق تونل
می‌توان گفت این خلاصه‌ای مفید از تفاوت روش‌های معدنکاوی روباز و زیرزمینی است. اما مطمئناً فرایندها به این سادگی نیستند و جزئیات روش‌ها تفاوت‌های عمیق‌تری را مشخص می‌کنند.
یک مثال عینی
در اواسط قرن ۱۹ام میلادی، صدها مهاجر به کالیفرنیای آمریکا رفتند تا شانس خود را برای یافتن طلا امتحان کنند. در ابتدا، روش یافتن طلا بسیار ساده بود؛ تمام آنچه جوینده انجام می‌داد خیره‌شدن به زمین و راه رفتن در حاشیه‌های رودخانه‌های کم‌عمق و نقاطی با امکان وجود طلا بود. با این روش مقدار قابل توجهی طلا برداشت می‌شد.
وقتی ناحیه‌ی وسیعی با این روش توسط افراد زیادی به مراتب جستجو می‌شد، امکان یافتن طلا کمتر می‌شد و جویندگان باید از تجهیزاتی صافی‌مانند برای الک کردن رسوبات و سنگ‌های بستر رودخانه‌ها استفاده می‌کردند تا طلا را از سطوح پایین‌تر و در کف رودخانه استخراج کنند.
در مدتی کوتاه‌تر از یک سال، دیگر روش‌های قبلی پاسخگو نبودند، چراکه طلا کمیاب‌تر شده بود. بنابراین حفاری دیواره‌های کوه‌ها و تپه‌های اطراف رودخانه شروع شد. صد سال بعد، این روش به حفاری‌های عمیق‌تر بدل شد و شرکت‌های معدنی، طلای کالیفرنیا را از اعماق چندصد متری و با حفر تونل‌های بزرگ استخراج می‌کردند.
بنابراین، متناسب با شرایط و پارامترهای مرتبط، نوع حفاری می‌تواند سطحی یا عمیق و زیرزمینی باشد. از جمله مهمترین پارامترهای دخیل در انتخاب نوع روش حفاری، موارد زیر برجسته هستند:
- هندسه ذخایر یافت شده (اندازه، شکل، عمق و …)
- شرایط زمین‌شناسی و هیدرولوژی (کانی‌شناسی، سنگ‌شناسی، یکنواختی، دگرسانی و هوازدگی و …)
- خواص ژئوتکنیکی سنگ‌ها و سنگ‌معدن (خواص ارتجاعی، حالت تنش، تحکیم و …)
- توجیه اقتصادی (هزینه‌های حفاری و استخراج، ارزش و گرید سنگ‌معدن)
مهمترین روش‌های حفاری معدن، استخراج روباز و زیرزمینی هستند که در ادامه به ویژگی‌ها، تفاوت‌ها و معایب و مزایای این روش‌ها می‌پردازیم.
معادن زیرزمینی در مقابل معادن روباز
قبل از ارائه جزئیات باید این نکته را عنوان کنیم که معادن روباز با نام معادن سطحی هم شناخته می‌شوند. منظور ما از استخراج روباز در این مقاله تمام روش‌هایی است که نیاز به حفر تونل ندارند و عملیات معدنکاوی در اعماق کمتر از ۲۰۰ متر صورت می‌گیرد.
تفاوت اصلی روش استخراج روباز و روش استخراج زیرزمینی چیست؟
اولین نکته در انتخاب روش استخراج معادن این است که بدانیم تفاوت این روش‌ها در چیست. دو تفاوت اصلی استخراج روباز و استخراج زیرزمینی عبارتند از:
- در استخراج روباز، دسترسی به سنگ‌معدن مستقیماً از طریق سطح ممکن می‌شود و در تمام دوره استخراج این ارتباط سطحی حفظ می‌گردد.
- استخراج معادن زیرزمینی (یا زیرسطحی) با کمک تونل‌هایی محقق می‌شود که در اعماق زمین حفر می‌شوند.
روش‌های استخراج روباز و زیرزمینی چه اصول عملیاتی دارند؟
یکی از مهمترین تفاوت‌های دو روش استخراج روباز و استخراج زیرزمینی در اصول عملیات آنهاست که در ادامه به توضیح هریک می‌پردازیم:
- در معادن روباز، خاک و سنگ بستر را برای دسترسی به ذخایر مواد معدنی حذف می‌کنند؛ تمام فعالیت‌های عملیاتی بر روی سطح انجام می‌شود.
- در معادن زیرزمینی، سنگ بستر دست‌نخورده حفظ می‌شود و از تونل‌ها برای دسترسی به سنگ‌معدن استفاده می‌گردد.
هریک از روش‌های استخراج روباز و زیرزمینی برای چه ذخایر سنگ معدنی به‌کار می‌روند؟
طبق اصول معدن از هریک از روش‌های استخراج روباز و استخراج زیرزمینی در موارد زیر استفاده می‌شود:
- استخراج روباز برای ذخایر سنگ‌معدن بزرگ و کم عیار که در زیر لایه‌های نازکی از سنگ یا رسوبات آبرفتی موجود در ماسه و بستر رودخانه‌ها قرارگرفتند، مناسب است.
- استخراج زیرزمینی برای کانسارهای کوچک و با عیار بالا، پوشیده شده با سربار ضخیم (خاک فشرده روی سنگ‌معدن) یا کانسارها در بستری عمیق و شیب‌‌دار، استفاده می‌شود.
فرایند کلی استخراج به روش‌های روباز و زیرزمینی چیست؟
در این بخش به شما خواهیم گفت که فرایند کلی روش‌های استخراج زیرزمینی و روباز کدام‌اند.
- در تمام روش‌های استخراج روباز، ابتدا حجم عظیم باطله‌هایی که بر روی لایه‌های سنگ‌معدن قرار گرفته‌اند برداشته می‌شوند. سپس اکسکاواتورهای بیل چرخشی سنگ‌معدن را جدا می‌کنند تا توسط لودرها به کامیون‌های حمل سنگ منتقل شوند. وقتی همه ذخایر موجود استخراج شد، دهانه معدن پر می‌شود و زمین با پوشش‌گیاهی محلی بازسازی می‌گردد.
- در اکثر روش‌های استخراج زیرزمینی، تونل‌های عمودی عمیق به نام شفت به همراه مجموعه‌ای از تونل‌های افقی به نام رانش برای دسترسی به سنگ‌معدن تعبیه می‌شوند. در واقع مسیر اصلی توسط تونل عمودی ایجاد می‌شود و تونل‌های افقی کوچک‌تر راه‌روهایی به ذخایر معدنی هستند. پس از رسیدن به سنگ‌معدن، ماینرهای لانگ‌وال(جبهه کار) سنگ‌معدن را می‌شکنند و با استفاده از نوارهای نقاله به سطح منتقل می‌کنند.
روش‌های زیرمجموعه
استخراج سطحی را می‌توان با هر یک از روش‌های زیر انجام داد:
- استخراج پیت-باز (روباز): در این روش، گودال بزرگی در سطح زمین ایجاد می‌شود، که روباز است و عمق آن بیشتر از چندصد متر نیست. سنگ‌معدن به‌شکل رگه‌ای و با توسعه پهنای گودال استخراج می‌شود.
- روش کواری: این روش برای استخراج سنگ‌های ساختمانی استفاده می‌شود. در روش کواری، انفجارهای مکرر برای تکه‌تکه کردن سنگ اجتناب‌ناپذیر است.
- استخراج نواری: نوارهایی موازی در بستر معدن ایجاد می‌شوند و سنگ‌معدن از آنها استخراج می‌گردد.
- حذف قله کوه: با انفجارهای عظیم، قله کوه حذف می‌شود تا مسیر برای دستیابی به ذخایر زیرین سنگ‌معدن هموار شود.
- روش لایروبی: در این روش، سنگ‌معدن از بستر رودخانه برداشت می‌شود.
استخراج زیرزمینی را می‌توان با هر یک از روش‌های زیر انجام داد:
- روش اتاق و ستون: سنگ‌معدن به‌گونه‌ای برداشت می‌شود که قسمت‌هایی به‌عنوان ستون، سقف معدن را پشتیبانی کنند. این ستون‌های جامانده، اتاق‌هایی در زیر زمین تشکیل می‌دهند.
- دیوار بلند: دیوار بلندی از سنگ‌معدن در دل زمین مشخص می‌شود و با عرض‌های چند سانتی‌متری سنگ‌معدن از دیوار بزرگ کنده می‌شود.
- برش و پرکردن: سنگ‌معدن از تونل خارج می‌شود و جای خالی آن با باطله پر می‌شود.
مزایا و معایب انواع روش‌های استخراج از معادن
هر یک از روش‌های استخراج مزایا و معایبی دارند که برای انتخاب بهترین روش استخراج باید از این مزایا و معایب آگاه باشیم. در این بخش قصد داریم شما را با این مزایا و معایب آشنا کنیم.
مزایای به‌کارگیری روش استخراج روباز چیست؟
روش استخراج معمول‌ترین روش معدنکاوی بوده که استفاده از این روش، مزایای زیر را به همراه دارد:
- استخراج ۹۵ تا ۱۰۰ درصد سنگ‌معدن موجود
- امکان استفاده از انواع ماشین‌های سنگین معدنکاوی
- نیاز به صرف هزینه‌های کمتری
- نیاز به به‌کارگیری نیروی انسانی کمتر
معایب به‌کارگیری روش استخراج روباز کدام‌اند؟
باوجود تمام مزایا، روش استخراج روباز معایبی هم دارد که در ادامه به آنها اشاره می‌کنیم:
- تخریب حجم عظیمی از زمین
- وارد کردن آسیب‌های اکولوژی قابل‌توجه
- ایجاد آلودگی صوتی ناشی از انفجارهای زیاد
مزایای استفاده از روش استخراج زیرزمینی
استخراج زیرزمینی مزایایی دارد که در ادامه به آنها خواهیم پرداخت:
- تأثیرات محیطی کمتر
- ایجاد حداقل اختلال در سطح
- حداقل تأثیرپذیری از تغییرات آب و هوایی بر فعالیت‌های معدنی
معایب روش استخراج زیرزمینی چیست؟
از معایب استخراج زیرزمینی هم می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
- بهره‌وری پایینی
- نیاز به انرژی و هزینه بالاتر
- وجود تشعشعات و گازهای سمی
- وقوع اتفاقاتی مانند ریزش تونل‌های معدن
- وجود امنیت پایین‌تر برای کارکنان معدن
- فرونشست سطح زمین به دلیل ایجاد تونل‌های زیرزمینی
- احتیاج به نیروی کار بیشتر و تجهیزات بسیار تخصصی
تفاوت روش استخراج روباز و زیرزمینی از لحاظ مواد معدنی استخراجی
از هریک از روش‌های استخراج روباز و زیرزمینی برای استخراج مواد معدنی خاصی استفاده می‌شود:
- از معادن روباز معمولاً استخراج سنگ‌آهن، زغال‌سنگ، مس و سنگ‌های گران‌بهایی چون طلا استخراج می‌شوند.
- از معادن زیرزمینی برای استخراج طلا، پلاتینیوم، الماس، زینک، سرب و زغال سنگ استفاده می‌شود.
جمع‌بندی
چنانکه از مقایسه‌های بالا مشخص است، معادن روباز مزایای بیشتری نسبت به انواع زیرزمینی دارند. با وجود این، وقتی ذخایر قابل توجهی از سنگ‌معدن در لایه‌های زیرین سطح قرار بگیرند، روش‌های استخراج باز می‌توانند شروعی بر عملیات باشند و در ادامه، معادن زیرزمینی در بستر آنها ایجاد شوند.
کلمات کلیدی:
معادن روباز – معادن زیرزمینی – استخراج روباز – استخراج زیرزمینی – سنگ‌معدن – حفاری – مواد معدنی
