روش استخراج اتاق و پایه

[محسن آزماینده]

در روش اتاق و پايه ماده معدني را به شكل اتاقهايي استخراج كرده و براي نگهداري سقف قسمتي از ماده معدني را به صورت پايه جا مي‌گذارند. در اين روش فضاهاي استخراجي به صورتي راست گوشه و به فواصل منظم از يكديگر و پايه‌ها به صورت مستطيلي يا مربعي به منظور نگهداري طبيعي ايجاد مي‌گردند. درصورتيكه كانسار و روش كاملاً‌ منطبق و يكنواخت باشند، تصوير افقي معدن مشابه يك صفحه شطرنج يا خيابانهاي مستطيل شكل در يك شهر خواهد بود.
اين روش براي استخراج ذغال‌سنگ، مواد غيرفلزي مختلف و تعدادي از كاني‌هاي فلزي همچون سرب و روي مناسب است. در اين روش مقدار قابل توجهي از ماده معدني برجاي مي‌ماند كه اندازه آن ممكن است به بيش از نصف ذخيره نيز برسد. لذا زماني از آن استفاده مي‌شود كه عيار ماده معدني پائين و يا قيمت ان كم و ذخيره‌اي زياد باشد. در ضمن اين روش در مورد كانسارهايي به كار مي‌رود كه كمابيش به صورت لايه‌اي، مسطح و با شيب كم هستند. در شكل 6 نمايي كارگاه استخراجي كه به روش اتاق و پايه استخراج مي‌شود نشان داده شده است.



نماي افقي از كارگاه فعال روش اتاق و پايه


در روش اتاق و پايه بلوك معدني ابتدا توسط راهروهايي به چند بخش استخراجي به طول 750 تا 1500 متر تقسيم مي‌شود. هر راهرو مخصوص عملي جداگانه است و جهت باربري، رفت‌ و آمد، تهويه و … مورداستفاده قرار مي‌گيرد. استخراج اتاقها از راهروها شروع شده و پهناي جبهه كار يا عرض اتاقها در حدود 7 تا 12 متر خواهد بود. در فاصله بين اتاقها ديواره‌هايي از ماده معدني به همان عرض اتاق يا بزرگتر (وگاهي كوچكتر) باقي مي‌ماند. طول اتاقها بستگي به فاصله راهروهاي هر بلوك داشته و به حدود 70 تا 100 متر مي‌رسد كه اخيراً‌ با استفاده از ماشين‌هاي حفار مداوم به 300 متر هم رسيده است. به منظور تهويه مناسب و مطلوب، اتاقها توسط ميان‌برهايي در فواصل معين به هم مرتبط مي‌شوند.
معمولاً‌ ماده معدني به جا گذاشته شده به عنوان پايه 20 تا 30 درصد ذخيره مي‌باشد كه مقدار آن به استحكام پايه مربوط است. در پاره‌اي از مناطق آمريكا، ذخيره به جا مانده به عنوان پايه، به بيش از دو سوم كل ذخيره مي‌رسد.
يكي از مهمترين نكاتي كه در استخراج به روش اتاق و پايه بايد موردتوجه قرار گيرد، ابعاد فضاي استخراجي است. ارتفاع فضا برابر ضخامت لايه يا كانسار مي‌باشد، مگر آنكه لايه چنان نازك باشد كه امكان كار براي تجهيزات مكانيزه ميسر نباشد. در اين حالت سنگ كف يا سقف همراه با ماده معدني استخراج مي‌شود. عرض اتاقها به دليل دستيابي به توليد و بازيابي بالا، بايستي حداكثر مقدار باشد، اما لحاظ كردن پارامترهاي ايمني، محدودكننده اين امر مي‌باشند. اندازه پايه‌هاي به جا مانده به عوامل متعددي بستگي دارد كه اهم آنها به شرح زير هستند :‌
الف- عمق كانسار
هرچه عمق كانسار بيشتر باشد، فشار مؤثر بركارگاه بيشتر، است لذا بايستي پايه‌هاي محكم‌تري برجاي بماند.
ب – مشخصات مقاومتي سنگ معدن و سنگهاي درون‌گير
هرچه سقف كارگاه مقاومتر باشد،‌ ابعاد اتاقها را مي‌توان بزرگتر انتخاب كرد. جنس مواد معدني نيز در ابعاد پايه‌ها مؤثر است، زيرا هرچه ماده معدني مقاومتر باشد، با پايه‌هاي كوچكتري مي‌توان كارگاه رانگهداري نمود. مقطع پايه‌ها معمولاً‌ يك شكل هندسي منظم (مستطيل، مربع يا دايره‌اي) دارد. يكي از مهمترين عمليات‌هاي معدن‌كاري در اين مورد كندن مواد معدني است كه عموماً‌به كمك انفجار انجام مي‌شود. نكته مهم در اينجا انتخال مسخثات چالها و ميزان مواد ناريه است و بايستي اين مشخصات را به نحوي انتخاب كرد كه لرزش حاصله حداقل بوده، و در پايه‌ها و سقف ايجاد شكاف ننمايد.
براي آماده‌سازي در اين روش، راهروهاي اصلي به ترتيب از انتهاي چاه قائم، چاه مايل يا رخنمون (در صورتيكه بازكننده اصلي معدن تونل باشد) حفر و ايجاد مي‌گردند. پس از آن به نوبت راهروهاي پهنه‌‌اي حفر مي‌شوند و سپس راهروهاي اتاقهاي بازاويه قائمه نسبت به راهروهاي پهنه‌اي ايجاد مي‌گردند، به نحوي كه در اين پهنه‌ها يا بلوك‌ها فضاهاي توليدي (اتاقها) ايجاد شوند.
در انتهاي عمليات معدن‌كاري، درصورت امكان، از طريق استخراج پايه‌هاي به جا گذاشته شده بازيابي را افزايش مي‌دهند. در اين صورت يك خط تخريب (با استفاده از جك‌هاي هيدروليكي و …) ايجاد شده پايه‌هاي رديفي كه بين فضاهاي مجاور ايجاد شده‌اند، استخراج مي‌گردند، ولي پايه‌هاي حصاري بايستي باقي بمانند. از اين رو مي‌توان معدن‌كاري در اين روش را به مراحل زير تقسيم كرد :
الف- عمليات اوليه : با تشكيل اتاقها عمليات استخراج صورت گرفته پيشروي ادامه مي‌يابد.
ب – عمليات ثانويه يا بازيابي پايه‌ها : پس از استخراج اتاقها، در برگشت بازيابي پايه‌ها شروع مي‌شود و برخي از پايه‌ها و يا قسمت‌هايي از بيشتر پايه‌ها استخراج مي‌شوند. در نتيجه با استخراج پايه‌ها، افت ماده معدني به 15 تا 20 درصد مي‌رسد. روشهاي مختلفي نيز به كار برده مي‌شوند كه در تمامي آنها بايد به نكات زير توجه داشت :
- پس از اينكه استخراج پايه شروع شد، بايستي هرچه سريعتر استخراج آن تمام شود.
- استخراج كامل پايه براستخراج جزئي آن برتري دارد.
- از جاگذاري پايه‌هاي كوچك در مرحله اول معدن‌كاري خودداري شود و با جاگذاري پايه‌هاي بزرگ در مرحله برگشت آنها بازيابي شوند.
- جك‌هاي هيدروليكي و منقلي براي انتهاي خط استخراج مناسب بوده. مي‌توانند خط تخريب مطمئني ايجاد كنند.
عمليات جنبي در استخراج به روش اتاق و پايه براي كليه مواد معدني و يا كليه تجهيزات توليدي بسيار شبيه هم هستند، كه اهم آن شامل موارد ايمني و بهداشت، كنترل محيط زيست، كنترل زمين، تهيه و توزيع نيرو، آبكشي، سنگ‌جوري و انتقال باطله، تعمير و نگهداري و مرمت، روشنايي، ارتباطات، ساختمان و حمل و نقل افراد است.
محاسبه درصد بازيابي در روش اتاق و پايه
همانطور كه گفته شد، در روش استخراج اتاق و پايه، مقداري از ماده معدني به منظور نگهداري برجاي گذاشته مي‌شود. بنابراين مقداري از ذخيره قابل استحصال نيست. نسبت بين ماده معدني استخراج شده به كل ذخيره ماده معدني ضريب بازيابي ناميده مي‌شود.
براي محاسبه ضريب بازيابي در روش استخراج اتاق و پايه قبل از هر چيز بايد سطح تأثير هر پايه را محاسبه نمود. طبق تئوري سطح تأثير، هر پايه م‌يتواند تا فاصله نصف عرض راهروهاي مجاور خود را نگهداري نمايد. در شكل 6 سطح تأثير پايه نشان داده شده است. بنابراين مطابق شكل، سطحي كه دربرگيرنده خود پايه و نصف عرض راهروهاي مجاور پايه باشد، سطح تأثير پايه خواهد بود.
از آنجا كه ضريب بازيابي نسبت ماده معدني استخراج شده به كل ذخيره مي‌باشد، توسط رابطة زیر محاسبه مي‌شود.



كه در اين رابطه At سطح تأثير پايه، Ap سطح پايه و R ضريب بازيابي است.
شرايط اجرايي و ساير مشخصات روش استخراج اتاق و پايه

[محسن آزماینده]

شرايط اجرايي و ساير مشخصات روش استخراج اتاق و پايه در جدول آورده شده است.




شرايط اجرايي و ساير مشخصات روش استخراج اتاق و پايه



مزايا و معايب روش استخراج اتاق و پايه
در زير مزايا و معايب روش استخراج اتاق و پايه به ترتيب بيان شده است.
الف- مزايا
- راندمان توليد بالا (در آمريكا 30 تا 80 تن به ازاء هرنفردرشيفت)
- هزينه استخراج متوسط (به طور نسبي 30 درصد)
- به طور متوسط ميزان توليد بالا
- درصورت بازيابي پايه‌ها، ميزان بازيابي متوسط تا خوب
- مناسب براي مكانيزه كردن و نياز كمتر به نيروي انساني
- تمركز عمليات
- انطباق‌پذير براي شرايط مختلف سقف
- تهوية خوب با فضاهاي متعدد
- سيكل عمليات تكرار مي‌شود. بنابراين آموزش و يادگيري آن آسان است.
- معدن‌كاري انتخابي امكان‌پذير است.
- در افق‌هاي چندگانه به طور همزمان قابل اجراست.
- درحين آماده‌سازي مقدار قابل توجهي ماده معدني توليد مي‌شود.
- تعويض و جابجايي وسايل و تجهيزات آسان است.
ب- معايب
- تخريب و نشست در سطح زمين در صورت استخراج قابل توجه پايه‌ها
- روش نسبتاً‌ غيرقابل انعطاف است.
- اگر پايه‌هاي استخراج نشوند، بازيابي ضعيف خواهد بود (40 تا 60 درصد)
- افزايش تنش‌هاي زمين و همچنين افزايش فشار وارد برنگهدارها با افزايش عمق
- ميزان سرمايه‌گذاري جهت مكانيزاسيون بالا مي‌باشد.
- به علت نياز به فضاهاي متعدد، نياز به آماده‌سازي گسترده دارد.
- تعمير و نگهداري قسمتهاي فعال سقف در درازمدت مشكل و پرهزينه است.
- در شرايط بد كمر بالا قابل اجرانيست.
- با افزايش عمق به علت نياز به پايه‌هاي بزرگتر درصد استخراج كاهي مي‌يابد.