تجهیزات معدنی یک اصطلاح کلی است که برای همه ابزارها، دستگاهها و خودروهای معدنی که در مراحل مختلف استخراج معدن استفاده میشوند.
تقریباً در تمام محصولات مصرفی ردی از یک یا چند ماده معدنی یافت میشود؛ از اتومبیلها و قطعات الکتریکی تا زیورآلات و پوشیدنیها، مواد معدنی جزء جداییناپذیر از زندگی انساناند. انواعی چون اورانیوم و زغالسنگ منابع اصلی تولید انرژی هستند که بیشتر از ۵۰ درصد انرژی مصرفیِ کشورهای پیشرفته را تأمین میکنند.
دسترسی به مواد معدنی و امکان بهرهبرداری از آنها تنها در سایه وجود انواع مختلف تجهیزات معدنی ممکن شده است. قبل از اینکه به معرفی انواع این تجهیزات و شرکتهای بزرگ تولیدکننده آنها بپردازیم، لازم است خلاصهای کوتاه از روشهای مختلف در استخراج معدن را ارائه دهیم؛ برای مطالعهای مبسوطتر در این موضوع میتوانید به مقاله جامع مربوط به روشهای معدنکاوی مراجعه کنید.
انواع روشهای استخراج معدن
نوع مواد معدنی که هدف عملیات معدنکاوی است و البته تکنیکهایی که برای استخراج استفاده میشوند، دقیقاً مشخص میکنند که چه ابزارها و تجهیزات معدنی برای رسیدن به ماده معدنیِ هدف نیاز است. روشهای استخراج معدن را میتوان به دو دسته کلی استخراج سطحی و استخراج زیرزمینی تقسیم کرد. باوجوداین، در هر دو شیوه، یک رویکرد کلی یا استراتژی پایه وجود دارد که شامل سه بخش زیر است:
- استخراج: استخراج شامل حفاری، دریلکاری یا انفجار برای دسترسی به مواد معدنی است.
- جابجایی مواد: جابجایی مواد شامل دستهبندی انواع مواد استخراجی، ارسال مواد معدنی هدف به سایت فرآوری و انتقال باطلههای معدنی به منطقه دفن یا بازیافت است.
- فرآوری مواد معدنی: فرآوری مرحلهای است که در آن مواد استخراجی خرد، آسیاب، ذوب و تصفیه میشوند تا محصول نهایی، مثلاً گندله یا کنسانتره سنگآهن، به دست آید.
روشهای استخراج سطحی
برای شرایطی که مواد معدنی در سطوح اولیه زمین قرار دارند و دسترسی به آنها نیازمند حفاریهای عمیقی نیست، روشهای استخراج سطحی انتخاب میشوند. انواع روشهای سطحی عبارتاند از:
- استخراج نوار: سطوح رویی زمین، با استفاده از ایجاد نوارهایی در سایت معدن، حذف میشوند تا دسترسی به مواد معدنی حاصل گردد.
- استخراج روباز: در این روش، دیوارههای عمودی، با ارتفاع چندمتری و طول ده تا چند صد متری، ایجاد میشوند. شاخصه اصلی این روش ایجاد حفرههای وسیع در سطح زمین است.
- حذف قسمت بالایی کوه: وقتی منابع در سطح بالایی یک کوه یا تپه تشخیص داده شوند، قسمت نوک قله حذف میگردد تا دسترسی به مواد معدنی درون لایهی زیرین آن ایجاد شود.
روشهای استخراج زیرزمینی
مادههای معدنی وجود دارند که دسترسی به آنها با استفاده از روشهای سطحی ممکن نیست و ایجاد تونلهای زیرزمینی برای عمل استخراج اجتنابناپذیر است.
- روش اتاق و ستون: در این روش استخراج، اتاقهایی با ستونهای نگهدارنده در زیرزمین ایجاد میشوند و مواد معدنی از لابهلای این ستونها برداشت میشوند.
- تخریب بلوکی: این روش معمولاً برای مواد معدنی مانند زغالسنگ است که در حجمهای بسیار زیاد برداشت میشوند و نیاز بهدقت بالایی در شیوه استخراج نیست. در این نوع استخراج، تونلهایی در زیر بلوکهای عظیم ماده معدنی ایجاد میشوند، سپس با استفاده از انفجارهای زیرزمینی بلوک هدف فرومیریزد و امکان برداشت آن از طریق تونلهای دسترسی ممکن میگردد.
- روش جبههکار بلند: در این نوع استخراج، یک ماشین غولپیکر وظیفه ایجاد برشهای مستمر از لایههای زیرین زمین و انتقال آن به خودروهای حمل را به عهده دارد. این روش برای مواد معدنیای کاربرد دارد که بهصورت افقی اما در عمقهای پایین از سطح زمین واقعشدهاند.
روشهای استخراج آبرفتی
چنانچه از نام آنها پیداست، در روشهای آبرفتی از منابع آبی بهعنوان صافیهای تفکیککننده مواد معدنی هدف از باطلهها استفاده میشود. این روشها از کهنترین انواع فعالیتهای انسانی برای استخراج سنگهای باارزشی چون طلا بودهاند.
- استخراج به روش درجا: در روش درجا، مواد معدنی در محل برداشت و فرآوری میشوند. الکهای تفکیککننده نقش اصلی را در این نوع استخراج بازی میکنند.
تجهیزات معدنی در استخراج سنگ سخت و نرم
متناظر با جنس مواد معدنی و باطلههای همراه آنها، ابزارهای استخراج نیز متنوع خواهند بود. تفاوت اصلی در استخراج سنگ سخت با سنگ نرم، نیاز به انفجار در سنگ سخت است.
ویژگیهای عملیات معادن سنگ نرم
- در فرایند استخراج به انفجار نیازی نیست، یا بسیار محدود است.
- نمونههایی از کانیهای سنگ نرم عبارتاند از نمک، زغالسنگ، بوکسید و پتاس.
- تجهیزات موردنیاز برای استخراج این نوع مواد معدنی بسیار عمومیتر از تجهیزات مورداستفاده در معادن سنگ سخت هستند.
معادن سنگ سخت
- نیاز به انفجار اجتنابناپذیر است.
- نمونههایی از کانیهای سنگ سخت عبارتاند از مس، طلا، آهن، سرب، پلاتین، نقره، اورانیوم و روی.
- متههای هیدرولیکی نقشی کلیدی در استخراج از این نوع معادن بازی میکنند.
- بهطورکلی این نوع معادن محیطهای خشنتر و دسترسی به مواد معدنی با ریسک جانی و مالی بالاتری همراه است.
حالا که با انواع معادن، به تفکیک روش و نوع سنگ معدن، آشنا شدیم، نوبت به معرفی تجهیزات تخصصی معدن است که تمام این روشها و برداشت ماده معدنی را ممکن میسازند.
ابزار و تجهیزات معدنی
انواع بسیار مختلفی از ابزارهای مورداستفاده در معادن وجود دارند؛ بهجای ارائه لیست بلندبالایی از تجهیزات معدنی، ابزارهای متناظر با هر روش کاوش و استخراج را عنوان و در مواردی شرکتهای مطرح تولیدکننده آنها را معرفی میکنیم.
در حالت کلی، ابزارها و تجهیزات معدنی را میتوان بهصورت زیر طبقهبندی کرد:
- ابزارهای معدن کاران: ابزارهایی که معدن کاران با خود حمل میکنند و در شرایط مختلف استخراج مواد معدنی از آنها بهره میبرند؛ مانند کلنگ و اسکنه.
- تجهیزات حفاظت فردی (Mining PPE[۱]): تجهیزاتی که معدن کاران برای حفظ سلامت جانی خود استفاده میکنند.
- تجهیزات استخراج معدن سطحی: همه ابزارها و ماشینهای مورداستفاده در استخراج سطحی.
- تجهیزات استخراج زیرزمینی: همه ابزارها و ماشینهای مورداستفاده در استخراج زیرزمینی
در ادامه به هرکدام از این دستهها بهصورت جداگانه میپردازیم.
ابزارهای معدن کاران
تجهیزات سنتی همچنان بخش قابلتوجهی از ابزارهای پایه در معدنکاوی را تشکیل میدهند. ازجمله این تجهیزات موارد زیر شاخصاند:
- کلنگ
- اسکنه
- انواع چکشهای سنگشکن
- بیلهای دستی
تجهیزات حفاظت فردی
علاوه بر تجهیزات سنتی استخراج معدن، معدن کاران تجهیزات حفاظتی شخصی خود را نیز در نقاط و شرایط مختلف معدن به همراه دارند، ازجمله تجهیزات حفاظت فردی عبارتاند از:
- سیستمهای تهویه و تنفسی: برای تصفیه هوا و جلوگیری از ورود مواد شیمیایی معلق در محیط معدنی به فضا و سیستم تنفسی کارکنان معدن.
- چراغ معدنی: چراغهایی که در بالای کلاه محافظ معدن کاران نصب میشوند و در نقاط تاریک معدن مساحت پیشروی معدن کار را روشن میکنند.
- ردیاب: تجهیزات دیجیتالی که برای مکانیابی معدن کاران استفاده میشوند.
- اتصال محافظ: کابلها یا طنابهایی که در ارتفاعهای معدن، معدن کاران را از خطر سقوط و آسیب جدی محافظت میکنند.
- محافظ شنوایی: هدستهایی که معدن کاران از آنها در محیطهای پر سروصدا استفاده میکنند.
- جیب یا کیسه معدن کار: کمربندی که معدن کاران از آن برای آویزان کردن وسایل شخصی، حمل باطریهای چراغ و اتصال به کابلهای محافظ استفاده میکنند.
- تجهیزات ارتباطی: وسایل بیسیم برای ایجاد ارتباط بین اعضای معدن.
- عینک محافظ: حفاظت از چشم در مقابل ریسکهای فیزیکی و شیمیایی.
- کلاه محافظ معدن کاران.
- لباسهای شبنما: برای ایجاد امکان روئیت برای معدن کاران در محیطهای تاریک.
- دستگاه نجات شخصی: یک دستگاه حفاظت تنفسی اضطراری که شخص در مواقع انتشار گاز مونوکسید کربن و سایر گازهای مضر از آن برای دریافت اکسیژن استفاده میکند.
تجهیزات معدنی مورداستفاده در معادن سطحی
اکثر تجهیزات مهم مورداستفاده در معادن سطحی را میتوان در گزینههای زیر خلاصه کرد:
مته چالزنی
متههای چالزنی ماشینهای معدنی بزرگی هستند که وظیفه آنها ایجاد حفرهها، با سایزهای مختلف، در سطح زمین بهمنظور قرار دادن مواد انفجاری است. شرکت مطرح در تولید این ماشینها شرکت کانادایی کتمدلز (https://www.catmodels.com/ ) است.
بیل مکانیکی چرخ سطحی
از بیل مکانیکی چرخ سطحی در معادن روباز استفاده میشود. این ماشین معدنی همزمان عملیات حفاری، انتقال و بارگیری مواد معدنی را انجام میدهد. قدرت متوسط این ماشینها معادل روزانه ۲۴۰۰۰ تن مکعب استخراج مواد معدنی است. شرکت شاخص در تولید این ماشین معدنی شرکت مطرح تایسنکراپ (https://www.thyssenkrupp-industrial-solutions.com/en) آمریکا است.
بولدوزر
بولدوزرها ماشینهای بارگیری بزرگی هستند که مواد معدنی را از نقطهای به نقطهای دیگر منتقل میکنند و اصلیترین کاربرد آنها بارگیری کامیونهای حمل مواد و باطلههای معدنی است. شرکت ماشینسازی کت، کاترپایلر (https://www.cat.com/en_US.html)، آمریکا یکی از قدرتمندترین و شاخصترین تولیدکنندگان این نوع از تجهیزات معدنی است.
بیل مکانیکی
بیل مکانیکی دراگ، بهطور ویژه در استخراج نواری و برای حذف روباره معدنی کاربرد دارد. این ماشین غولپیکر به سطلی عظیم مجهز است که از آن برای حفاری و بارگیری مواد معدنی استفاده میکند. این ماشین یکی از بزرگترین تجهیزاتی است که در معادن دنیا میتوان یافت. شرکت مطرح در تولید این ماشین لابهر (https://www.liebherr.com/en/gbr/products/material-handling-equipment/duty-cycle-crawler-cranes/mining-dragline/hs-8300-mining-dragline.html)، شرکتی آلمانی- سوئیسی، است.
گریدر
گریدرها برای ایجاد جادههای مناسب برای عبور کامیونهای معدنی و دیگر ماشینهای دسترسی معدن استفاده میشوند. شرکت مطرح در طراحی و تولید این ماشینها کت (https://www.cat.com/en_US.html) آمریکا است.
کاترپیلار
کاترپیلارها ماشینهایی هستند که مواد معدنی چون زغالسنگ را از لایههای باز معدن استخراج میکنند. این ماشینها با چرخش بر روی دیواره، حجمهای عظیم از مواد معدنی را از دیوارهای معدن جدا میکنند. مطرحترین شرکت ماشینسازی در طراحی و تولید کاترپیلار شرکت آمریکایی کت (https://www.cat.com/en_US.html) است.
کامیونهای معدنی
کامیونهای معدنی درواقع کامیونهای کمپرسی بزرگی هستند که برای حمل مواد معدنی و انتقال باطلههای استخراجی استفاده میشوند. ازجمله ویژگیهای جالب نسل جدید این تجهیزات معدنی، قابلیت کنترل از راه دور و فعالیت خودکار آنها است. شرکت کت بزرگترین تولیدکننده این ماشینها است.
بیل یا شافل
از این ماشینها برای حفاری و استخراج سنگهای شکسته و مواد معدنی استفاده میشود. شرکت کت مطرحترین تولیدکننده این نوع از تجهیزات معدنی است.
اسکریپر
اسکریپرهای تراکتورهای چرخی بزرگی هستند که فعالیتی مشابه با گریدر را انجام میدهند، با این تفاوت که این ماشینها قابلیت بارگیری را نیز دارند. شرکت کت مطرحترین تولیدکننده این ماشینهای سنگین است.
تجهیزات مورداستفاده در معادن زیرزمینی
اصلیترین تجهیزات مورداستفاده در معادن زیرزمینی شامل موارد زیر هستند:
لیفتر یا بالابر
بالابرها در معادن زیرزمینی همهکاره هستند. از این ماشینهای معدنی برای بارگیری مواد منفجره، حمل بارهای سنگین کارکنان معدن و تجهیزات معدنی استفاده میشود. شرکت آمریکایی والی (https://vallee.ca/en/) شاخصترین تولیدکننده این تجهیزات است.
ماشین استخراج پیوسته
از این ماشینها بهطور ویژه در استخراج از نوع اتاق و ستون بهره برده میشود. یک درام چرخان بزرگ با دندانههای کاربیدی وظیفه خراشیدن و جدا کردن مواد معدنی از بدنه معدن را به عهده دارد. این ماشینها میتوانند تا ۵ تن در دقیقه زغالسنگ استخراج کنند و تقریباً ۴۵ درصد از زغالسنگ استخراجی جهان با استفاده از این ماشینها استخراج میشود. شرکت ژاپنی کوماتسو (https://www.komatsu.com/) تولیدکننده مطرح این ماشینهای غولپیکر است.
پهباد
امروزه پهبادها پایشان به همهجا بازشده است. صنعت معدن نیز از این فناوری بیبهره نبوده و پهبادها جایگاه ویژهای در کشف و بازرسی سایتهای معدنی پیدا کردهاند. از این تجهیزات برای بازرسی بصری سایت معدن، خط فرآوری سنگ معدن، لولههای تهویه، تسمهنقالهها و سایر اجزای معادن زیرزمینی استفاده میشود. شرکت فلاابیلیتی (https://www.flyability.com/elios-2?hsLang=en) ازجمله مطرحترین شرکتهای فناوری محور و فعال در حوزه معدن است.
متههای جامبو
متههای جامبو، یا متههای معدن، برای حفر شفتهای موردنیاز در جایگذاری مواد منفجره، یا ایجاد مسیر برای عبور معدن کاران استفاده میشوند. شرکت ساندویک (https://www.sandvik.coromant.com/en-us/pages/default.aspx) از مطرحترین تولیدکنندگان این نوع از ماشینهای معدنی است.
لودرها و باربرها
این ماشینها انواع فشردهای از لودرها و کامیونهای حمل مواد معدنی هستند که برای فعالیتهای زیرزمینی طراحی شدهاند.
ماشینهای استخراج دیوار بلند
این نوع ماشینها رایجترین تجهیزاتی هستند که در استخراجهای زیرزمینی و بخصوص استخراج زغالسنگ به کار گرفته میشوند. از این تجهیزات برای برش و ایجاد تونل در دیوارهای زیرزمینی معدن استفاده میشود. شرکت ویکتاولیک (https://www.victaulic.com/blog/cutting-for-coal-the-long-and-short-of-longwall-mining/) یکی از قدیمیترین و مطرحترین سازندگان این نوع از ماشینهای معدنی است.
خودروهای سبک
از این نوع خودروها برای حمل افراد و تجهیزات سبک در سایت زیرزمینی معدن استفاده میشود. امروزه، به دلیل کاهش ریسکهای متناظر با خودروهای بنزینی و گازی، از خودروهای برقی در معادن زیرزمینی استفاده میشود. شرکت روکیون (https://rokion.com/) یک شرکت فناوری محور است که خودروهای سبک معدنی را با کارکردها و مصارف متنوع تولید میکند.
پناهگاههای معدنی
اتاقهای امن، پناهگاههایی ایمن و تجهیز شده هستند که در مواقع اضطراری از کارکنان معدن در مقابل آسیبهایی مانند ریزش معدن یا انتشار گازهای سمی محافظت میکنند. شرکت نوآور استراورلدواید (https://www.strataworldwide.com) از شاخصترین تولیدکنندگان این کالای حیاتی معدنی است.
گردگیر سنگ
گردگیرها برای جلوگیری از احتراق شفتهای معدن ضروری هستند. از این تجهیزات بهویژه در معادن زغالسنگ و برای جلوگیری از احتراق حاصل از گردوغبار این سنگ معدن استفاده میشوند.
نگهدارندههای سقفی
این تجهیزات سقفهای کوتاه و پر ریسک معدن را با استفاده از جکهای قدرتمند نگاه میدارند و امکان ریزش سقف معدن را کاهش میدهند. شرکت ای ام سی (https://www.advanced-mining.com/) ازجمله مطرحترین سازندگان این نوع از تجهیزات معدنی است.
اسکوپ
اسکوپها خودروهای قدکوتاه معدنی هستند که در معدنهای اتاق و ستون و برای بارگیری مواد معدنی استخراجشده به کار گرفته میشوند.
سیستمهای تهویه
سیستم تهویه یکی از حیاتیترین تجهیزات معدنی است که زندگی کارکنان معدن به آن وابسته است. وظیفه این موتورهای غولپیکر خروج مواد شیمیایی مضر معلق در هوا و انتقال اکسیژن به داخل فضای معادن زیرزمینی است. شرکت مهندسی گروف (https://www.groffengineering.com/mine-ventilation/) ازجمله شرکتهای فعال در تولید سیستمهای تهویه معدنی است.
سایر ابزارهای معدنی
ابزارها و تجهیزات معدنی دیگری وجود دارند که در استخراج سطحی و زیرزمینی کاربرد دارند. این خانواده از تجهیزات معدنی بیشتر در حملونقل مواد به مراکز فرآوری و انبار کردن آنها کاربرد دارند. ازجمله این ابزارهای مشترک، موارد زیر قابلتوجهاند:
- هاپرها
- ناودان
- تسمههای نقاله
- انباشتگر یا استکر
- تغذیهکننده
- سنگشکن
- آسیابهای کوچک و بزرگ
- صفحات نمایش وضعیت
- میکسر
- روستر
جمعبندی:
ابزارها همیشه اولین نیاز برای شروع هر نوع فعالیتی بودهاند. بدون داشتن ابزارهای حرفهای و باقابلیتهای بهروز شده، صنایع در وضعیت سنتی و با بازدهی کم خود باقی میمانند. صنعت معدن ازجمله صنایعی است که بیشترین نیاز را به تجهیزات بهروز شده و قابلاتکا دارد.
معدن همچنین یکی از پرریسکترین محیطهای کاری است که سالانه وقایع دلخراش جانی زیادی را شاهد است. استفاده از تجهیزات ایمنی مثل اتاقهای امن و تجهیزات حفاظت شخصی میتواند کمک شایانی به کاهش این ریسکها کند. علاوهبراین، نیاز به ایجاد ارتباط و رایزنی با شرکتهای مطرح در ساخت تجهیزات معدنی از اصلیترین بایستهای امروز صنعت معدن در ایران است.
کلمات کلیدی:
تجهیزات معدنی – استخراج معدن – استخراج سطحی – استخراج زیرزمینی – ماشینهای معدنی – مواد معدنی – صنعت معدن – معدن کاران
[۱] Personal Protective Equipment
