روش استخراج روباز معدن

[ابوالحسنی محمد]

روش روباز يكي از روشهاي استخراج معادن سطحي است كه ترجيحاً‌ براي معادن فلزي و عمدتاً‌ مس و آهن بكار برده مي‌شود. در اين روش استخراج به صورت پله‌پله و تا عمقي از ذخيره معدني كه عمليات اقتصادي باشد، ادامه پيدا مي‌كند.

در اين روش از سطح معدن آنقدر باطله‌برداري مي‌شود تا به ماده معدني دسترسي حاصل شود. باطله‌هاي روي ماده معدني پس از برداشت بايد عمدتاً‌ به خارج از محدوده معدن منتقل شده و در آنجا انبار شوند. تنها آن بخش از اين باطله‌ها كه ممكن است در امر جاده‌سازي، ترميم جاده‌ها، پي‌سازي كارگاهها و پرنمودن گودال مورداستفاده قرار گيرند در داخل محدوده معيني قرار مي‌گيرند و براي مابقي حتماً بايد در خارج از محدوده معدن محل خاص در نظر گرفت و به شيوه معيني دمپ نمود. انتخاب مكان و يا مكانهاي خاص براي دمپ باطله‌ها نياز به اطلاعات دقيق در مورد حجم باطله‌برداري و خصوصيات شيمايي و فيزيكي آنها دارد و از مواردي است كه در بخش طراحي معدن بايد مورد مطالعه قرار گيرد. روش روباز در مقايسه با ساير روشهاي استخراج از هزينه اوليه زيادي برخوردار است اما توليد بالا، توليد به ازاء هر پرسنل بالا و هزينه استخراج پائين به ازاء هر تن از مزاياي عمده اين روش است. روش روباز بدليل استفاده از ماشين‌آلات بارگيري و حمل عظيم‌الجثه كه از قدرت و ظرفيت زياد برخوردارند و داراي توليد بالايي مي‌باشد و براي معادن بزرگ كه داراي شرايط ژئومكانيكي سخت و بسيار سخت است كاملاً‌مناسب مي‌باشد و مورداستفاده قرار مي‌گيرد، بويژه ذخاير عظيم كه از عيار كم برخوردارند. ذخاير توده‌اي و ذخايري كه به صورت رگه ضخيم يا لايه ضخيم اما به طور افقي يا شيب ملايم يا شيب تند از عمق تا سطح ادامه دارند مناسب‌ترين ذخاير براي بكارگيري روش روباز مي‌باشند. در روش روباز استخراج به طور غيرپيوسته صورت مي‌گيرد يعني دو سيستم بارگيري و حمل به طور منفك از هم عمل مي‌نمايند. در بيش از 80% معادن روباز در دنيا از شاول و تراك به عنوان ماشين‌آلات بارگيري و حمل استفاده مي‌شود. در اكثر اين معادن از لودر نيز به عنوان ماشين بارگيري كمكي استفاده شده است. در روش روباز به منظور دسترسي به مادة معدني استخراج از نقطه‌اي شروع خواهد شد كه كمترين باطله‌برداري را داشته باشد. جهت آماده‌سازي مواد از حفاري و انفجار استفاده مي‌شود. مواد منفجره مصرفي آنفو و در شرايطي كه چالهاي انفجاري مرطوب يا نمناك باشند براي خنثي نمودن خاصيت آب از آنفو دوغابي استفاده مي‌شود. شكل 7 مقطع قائم يك معدن روباز را نشان مي‌دهد. حد نهايي معدن محدوده‌اي است كه از نظر اقتصادي تا رسيدن به آن اجازه عمليات استخراجي وجود دارد يا عمليات مقرون به صرفه است. همانطور كه ملاحظه مي‌شود استخراج مادة‌ معدني و باطله با ايجاد برش‌هايي از بالا و پائين صورت مي‌گيرد و در نهايت فضاي خالي شده‌اي در دل زمين ايجاد مي‌گردد كه ديواره آن شكل پله‌اي دارد. به اين فضاي خالي ايجاد شده پيت گفته مي‌شود. براي آن دسته از ذخايري كه در كمتر از 20 متري سطح زمين قرار داشته باشند مي‌توان از روش تك پله‌اي استفاده كرد و ماشين‌آلات بارگيري و باربري مختلفي را بسته به فاصله جابجايي لازم براي باطله و مادة ‌معدني بكار برد. در شرايطي كه عمق بيش از 20 متر باشد ايجاد چندين پله جهت استخراج مادة معدني ضروري است.

ارتفاع، عرض و شيب پله‌ها از پارامترهاي مهم طراحي در استخراج معادن روباز مي‌باشد و به طور عمده به ميزان توليد، جنس سنگ و ماشين‌آلات حفاري، بارگيري و حمل و نقل بستگي دارد.
مشخصه‌هاي مهم پله معدن روباز با توجه به عوامل يادشده بشرح ذيل تعيين مي‌شوند.
الف- ارتفاع پله
متوسط ارتفاع پله‌ها بين 4 تا 20 متر متغير است. اين حد عمدتاً‌ به جنس سنگ بستگي دارد و در سنگهاي نرم بين 4 تا 6 متر، در سنگهاي نيمه سخت بين 6 تا 8 متر و در سنگهاي سخت بين 8 تا 20 متر تعيين مي‌شود. همچنين اندازه انتخاب شده براي ارتفاع پله بايد با ارتفاعي كه سيستم بارگيري قادر به استخراج است هماهنگي داشته باشد. اگر چه طراحي پله‌هاي مرتفع موجب كاهش هزينه‌هاي حفاري و انفجار مي‌شوند اما احتمال حادثه را نيز افزايش مي‌دهند و از طرف ديگر ارتفاع كمتر از 4 متر نيز به دليل افزايش هزينه حفاري، كمتر طراحي مي‌شوند. غير از عوامل ياد شده شرايط جوي نيز در انتخاب ارتفاع پله مؤثرند بالاخص مناطق برف‌گير كه احتمال يخبندان هم زياد است.

ب- عرض پله
عرض پله‌ها بين 8 تا 40 متر متغير است. اين حد به اندازه ماشين حفاري، شيوه انفجار، عرض سيستم بارگيري و سيستم حمل و ايمني بستگي دارد. هر چه پله از عرض كمتري برخوردار باشد ميزان باطله‌برداري كمتر، شيب پله و معدن زيادتر مي‌شوند و از نظر اقتصادي نيز مقرون به صرفه‌تر خواهند بود اما ايمني كاهش مي‌يابد. در پله‌هاي عريض شيب پله و معدن كمتر، باطله‌‌برداري زياد و از نظر اقتصادي هزينه يك تن توليد نيز افزايش خواهد يافت. حسن پله‌هاي عريض كاهش حادثه و افزايش راندمان و ايمني در عمليات است.

ج- شيب پله
شيب پله معمولاً‌ از شيب معدن زيادتر انتخاب مي‌شود. شيب معدن زاويه‌اي است كه ين خط افق و خط فرضي كه لبه بالاترين پله را به پاي پائين‌ترين پله متصل مي‌كند، به وجود مي‌آيد.
شيب معدن بين 20 تا 70 درجه تغيير مي‌كند كه به نوع و جنس طبقات، شرايط هيدرولوژي و مدت استخراج بستگي دارد. دليل انتخاب شيب بيشتر براي پله نسبت به شيب معدن اين است كه فشار يا بار وارد شده براي پله كمتر مي‌باشد و به طور كلي سنگها در ارتفاع كم بيشتر مي‌تواننند حالت قائم داشته باشند. شيب پله‌ها مي‌تواند تا 90 درجه نيز انتخاب شود. انتخاب شيب پله نيز بستگي به جنس سنگ، وضعيت قرارگيري لايه‌ها، درزه و شكاف و عوامل هيدروليكي دارد. باتوجه به عوامل ياد شده شيب پله معمولاً‌در سنگهاي نرم 35 تا 55 درجه، در سنگهاي نيمه سخت 55 تا 75 درجه و در سنگهاي خيلي سخت 75 تا 90 درجه انتخاب مي‌شود.
از ديگر مشخصه‌هاي هندسي معادن روباز مي‌توان به موارد زير اشاره كرد:

الف- شيب معدن
شيب معدن ممكن است برحسب نوع و جنس طبقات، شرايط هيدرولوژي و مدت زمان استخراج در سنگهاي نرم بين 20 تا 32 درجه، در سنگهاي نيمه سخت 32 تا 45 درجه و در سنگهاي سخت بين 45 تا 70 درجه تغيير كند. هرچه شيب معدن زيادتر انتخاب شود، امكان دسترسي به عمق بيشتر و استخراج مواد معدني با عيار كمتر وجود دارد. ضمن آنكه هزينه باطله‌برداري نيز كاهش پيدا مي‌كند. از معايب شيب زياد عدم ايمني آن مي‌باشد. در شيب‌هاي كمتر، ايمني زياد مي‌شود و احتمال بروز حادثه كاهش پيدا خواهد كرد اما زمان باطله‌برداري افزايش مي‌يابد و موجب خواهد شد تا به ماده معدني ديرتر دسترسي حاصل شود.

ب- جاده اصلي معدني
در روش روباز حداقل يك جاده اصلي نياز است و بسته به شكل ذخيره معدني ممكن است داراي بيش از يك جاده باشند كه تا عمق معدن ادامه دارد. اين جاده‌ها در معادن كم عمق مستقيم هستند ما در معادن عميق به صورت حلزوني‌اند كه در پيرامون معدن ايجاد مي‌شود و شيب آن كم و بيش از كف تا سطح معدن يكسان است و يا بصورت زيگ- زاگي مي‌باشد. از مشخصه‌هاي اصلي جاده‌ها نيز مي‌توان به شيب، پهنا و محل آنها اشاره كرد.

ب- شيب كف معدن
در بسياري از معادن كف معدن را شيبدار مي‌نمايند تا در فصل بهار كه برفها ذوب مي‌شوند و يا زماني كه ميزان بارندگي زياد است دفع آب از معدن به آساني صورت گيرد. اين شيب بين 1 تا 2 درصد است تا آبهاي كف پله از سرعت قابل توجه برخوردار شوند. جهت شيب بايد به گونه‌اي باشد كه آب از جبهه كار عمليات دورشود.

د- مخزن
پائين‌تر از كف معدن و به منظور محل جمع شدن آبهاي معدن مخزني ايجاد مي‌كنند كه آب از اين مخزن توسط پمپ آبكشي به بيرون از معدن انتقال داده مي‌شود. اندازه مخزن احداث شده به ظرفيت و تعداد پمپ آبكشي بكار رفته بستگي دارد.
با درنظرگرفتن پارامترها و مشخصه‌هاي فوق، مراحل استخراج روباز را مي‌توان به صورت زير خلاصه كرد.

آماده‌سازي سطح معدن
اين مرحله هرچند ممكن است هميشه نياز نباشد، اما شامل انتقال گياهان، خاك، موانع و م سطح نمودن سطح زمين مي‌شود. به طور عمده اين مرحله به انتقال پوشش‌هاي روي باطله معدن اختصاص پيدا مي‌كند و معمولاً‌ از اسكريپر، بولدوزر يا لودر استفاده مي‌شود.

حفاري باطله‌هاي روي ماده معدني
به منظور تسريع در عمليات باطله‌برداري و بالا بردن كارايي ماشين‌آلات و تجهيزات بكار رفته، آماده‌سازي باطله‌ به كمك حفاري و انفجار بايد انجام گيرد. حفر چالهاي انفجاري در معادن سطحي معمولاً‌ به كمك حفاري چرخشي صورت مي‌گيرد اما در بعضي موارد در چالهاي با قطر و عمق كم از حفاري ضربه‌اي استفاده مي‌شود. قطر، عمق و فواصل چاهها به ميزان توليد سالانه، شرايط ژئومكانيكي معدني، نوع مواد منفجره و ماشين‌آلات بارگيري و حمل و نقل دارد.

انفجار باطله‌هاي روي ماده معدني
پس از حفر چالهاي انفجاري، عمليات انفجار انجام مي‌پذيرد. نوع مادة منفجره و ميزان مصرف آن به جنس سنگ و ميزان خردشدگي موردنظر بستگي دارد. غالباً‌ در معادن سطحي از آنفو به دلاليل ايمني، ارزاني و خردشدگي بهتر در انفجار استفاده مي‌شود.

بارگيري باطله‌ها
به منظور بارگيري باطله‌ها در معادن روباز معمولاً‌ از شاول يا لودر يا تركيبي از اين دو استفاده مي‌شود.

حمل باطله‌ها
حمل باطله‌هاي روي معدن در معادن روباز به كمك تراك، نوار نقاله و … ريل صورت مي‌گيرد.

حفاري ماده معدني
حفاري برروي ماده معدني مشابه حفاري برروي باطله‌هاي روي ماده معدني است. انتخاب ماشين، قطر چال، عمق و فواصل چال بستگي به جنس ماده معدني، ميزان توليد و نوع مادة منفجره دارد و به ندرت ماشين حفاريي متفاوت از آنچه در باطله‌برداري استفاده شد، بكار مي‌رود.

انفجار ماده معدني
انفجار ماده معدني همانند باطله‌هاي روي ماده معدني بستگي به ميزان خردشدگي موردنياز و اندازه سنگ‌شكن دارد. آنفو به همراه چاشني‌هاي الكتريكي تأخيري، متداولترين تركيب براي انفجار مي‌باشد. سنگ‌شكن اوليه يكي از عوامل مهم در انتخاب ماشين حفاري، آرايش چالها و نحوه انفجار مي‌باشد.

بارگيري موادمعدني
درمعادن روباز بارگيري مواد معدني به كمك شاول و يا لودر صورت مي‌گيرد. كه معمولاً‌ لودر به عنوان ماشين بارگيري كمكي استفاده مي‌شود.

حمل مواد معدني
حمل مواد معدني معمولاً‌ به كمك تراك، تسمه نقاله و ريل صورت مي‌گيرد. به دليل امكان استفاده از ماشين ‌آلاتي مانند شاول و تراك‌هاي با ظرفيت بالا در روش روباز، ميزان توليد اين روش نسبت به روشهاي ديگر بسيار بالاتر است. همچنين با وجود زياد بودن سرمايه اوليه لازم، هزينه توليد به ازاء هر تن ماده معدني پائين مي‌باشد كه اين موارد از محاسن عمده روش روباز مي‌باشد.