روش استخراج تخریب بلوکی – Block Caving

تخریب بلوکی واژه­ای عمومی است و به روش معدنکاری توده‌­ای عمیق اشاره دارد که در آن استخراج ماده‌معدنی تا حد زیادی به عمل گرانش بستگی دارد. روش تخریب بلوکی به دلیل هزینه پایین و ظرفیت تولید بالا، اکثرا در مورد توده­‌های معدنی بزرگ به کار می‌­رود.

در این روش به وسیله زیر برش، ناحیه‌ای با ابعاد کافی برداشته می­‌شود، به گونه‌­ای که توده بالایی به طور طبیعی تخریب شود. تخلیه موادمعدنی خرد شده از قسمت پایینی ستون معدنی سبب می­‌شود که عمل تخریب به سمت بالا و تا زمانی که تمام توده بالای افق زیر برش خرد شود، ادامه یابد.

تخریب بلوکی کم هزینه‌­ترین روش استخراجی، به استثنای معدنکاری روباز یا بازیابی درجا، است. در این روش نرخ تولید به بیش از 72000 تن در روز می‌­رسد و تنها روش زیرزمینی که از نظر میزان تولید و هزینه‌ها می‌تواند با روش روباز مقابله کند. در آمریکا حدود 3 درصد مواد معدنی زیرزمینی با این روش استخراج می‌گردد.

 

شرایط اجرایی و مشخصات روش استخراج تخریب بلوکی

• مقاومت کانسنگ: ضعیف تا متوسط
• مقاومت سنگ: ضعیف تا متوسط و دارای قابلیت تخریب پس از استخراج ماده معدنی
• شکل کانسار: توده‌ای، بلوکی با ضخامت زیاد
• شیب کانسار: پرشیب و قائم
• اندازه کانسار: بزرگ و با وسعت زیاد
• عیار کانسنگ: کم
• یکنواختی کانسنگ: متغییر
• عمق: متوسط (2/ 1 کیلومتر)
• هزینه استخراج: نسبتاً پایین (10 % درآمد)
• توان تولید: بالا
• میزان سرمایه‌گذاری اولیه: بالا
• آماده‌سازی معدن: کند
• قابلیت استخراج انتخابی: کم
• بازیابی: (نسبت استخراج) بالا
• نشست زمین: تخریب و ریزش در منطقه‌ای با وسعت زیاد انجام می‌گیرد.
• ایمنی و بهداشت: پایین، در صورتی که تخلیه کند صورت بگیرد یا دچار وقفه شود احتمال خودسوزی در کانسنگ یا سنگ در حال تخریب وجود دارد.
• امکان مکانیزاسیون: مکانیزه
• نیاز به نگهداری: تخریبی

 

 

 

روش معدنکاری تخریب بلوکی شامل چندین افق مختلف است. در حین آماده‌­سازی اولیه باید افق‌­های ترابری، تولید و زیر برش و همچنین نقاط تخلیه احداث شوند. پس از آماده‌سازی اولیه، تضعیف مرزها و عملیات آتشکاری زیربرش انجام می­‌شود. نگهداری سنگ نیز با توجه به آنکه وزن زیادی را متحمل می‌­شود، در روش تخریب بلوکی از اهمیت بالایی برخوردار است.

پایداری افق استخراج یکی از موضوعات اصلی مورد توجه در معدنکاری به روش تخریب بلوکی است. فاصله نسبتاً زیاد نقاط تخلیه از یکدیگر (10 تا 15 متر)، وجود واحدهای باربری LHD ^{[Load Haul Dump]} (این واحدها برای انجام عملیات نیازمند تونل­‌های بزرگ هستند) و ایجاد سقف قوسی شکل^[Hangup] ماده‌معدنی در نقاط تخلیه، موجب اعمال بار و تنش زیاد بر پایه‌های استخراج و راهروهای باربری می‌­شود. از طرفی، به دلیل اینکه این پایه‌­ها و راهروهای باربری باید تا انتهای عمر معدن و پایان عملیات معدنکاری پایدار بمانند، بررسی پایداری و تعیین تنش‌­های القا شده در آنها امری ضروری است.

 

 

استرهایزن با استفاده از روش المان مرزی (BEM) مطالعه­‌ای را با هدف بررسی تاثیر پایه‌­های فرعی^{[Minor Apex]} بر پایداری افق استخراجی و تعیین امکان انتقال تنش­‌های افقی از طریق این پایه‌­ها، انجام داد. مدل‌سازی‌­های وی نشان داد که تنش‌های موجود در اطراف یک توده تخریبی کمتر از تنش‌های ناحیه‌­ای است. همچنین وی نشان داد پایه‌­های فرعی تاثیر زیادی بر پایداری دارند.

در مطالعه‌­ای دیگر، ترومن و همکاران مقدار تنش‌های القا شده در مرزهای افق تولید و تونل­‌های افق زیر برش را برای شرایط مختلف تنش­‌های برجا و الگوهای متفاوت زیربرش با استفاده از مدل‌سازی عددی با نرم‌افزار FLAC^3D مورد بررسی قرار دادند. مطالعه آنها شامل یک تحلیل پارامتری به منظور بررسی تاثیر توالی زیربرش‌ها، رژیم تنش‌های برجا، فاصله جدایش بین افق‌های زیر برش و تولید، شعاع هیدرولیکی و عمق زیر سطح زمین بر تنش‌های افق تولید بود

 

آماده‌سازی

۱- حفر تونل Transport که باید در کمر پایین حفر شود زیرا:​

• احتمال تخریب کمر پایین کمتر از کمر بالا می‌باشد
• هزینه‌ی سرویس و نگهداری در کمر پایین، کمتر از کمر بالا است
• مواد می‌توانند راحت‌تر تحت نیروی وزن حرکت کنند
• کمر پایین همیشه مقاوم‌تر از کمر بالا می‌باشد​

۲- حفر cross cut
۳- دویل‌های پنجه‌ای​

 

 

ماشین آلات مورد استفاده

دریل واگن و لودر LHD

 

سیستم تخلیه

روش ثقلی: شوت و قیف تخلیه

• • مستلزم دانه‌های خوب خرد شده
  • کانسارهای منظم و بزرگ
  • نرخ تولید بالا
  • میزان آماده‌سازی زیاد
  • کارگر بر
  • ابعاد فضاها کوچک

روش اسلاشر: تونل اسلاشر و قیف تخلیه

• • میزان خرد شدگی متوسط
  • کانسارهای کوچک
  • نامنظم
  • تولید کم
  • هزینه سرمایه‌گذاری بالا

روش لودر: میانبر و قیف تخلیه

• • میزان خرد شدگی درشت
  • کانسارهای کوچک
  • نامنظم
  • تولید کم
  • هزینه سرمایه‌گذاری بالا
  • انعطاف پذیرترین
  • جامع‌ترین
  • آماده‌سازی کم
  • توان تولید بالاترین
  • کنترل تخلیه قابل قبول‌تر

 

بهینه‌سازی تخریب (Weiss et al)

تخریب به دو صورت انجام می‌گیرد:

1. حفر Production Drill
2. از سطح زمین (در مواقع پل زدگی پس از چند مرحله استخراج)

 

 

عوامل موثر بر تخریب

• عوامل طبیعی: زمین‌شناسی، سنگ‌شناسی، مکانیک سنگی، آبشناسی
• عوامل فنی: ابعاد، موقعیت سطح تخریب، عمر معدن، نرخ استخراج، زهکشی

 

تعیین میزان تخریب پذیری

• تست‌های مکانیک سنگی
• داده‌ها تجربی از موارد مشابه
• آتشکاری ثانویه
• RQD
• مدل‌های ریاضی یا کامپیوتری پیچیده (منظق فازی و…)

 

شکل‌های تخریب در این روش

• بلوکی: در کانسارهای ضعیف یا به شدت درزه‌دار- ابعاد افقی بلوک‌ها 30*30m تا 90*90
• پهنه‌ای: در کانسارهای متوسط یا نسبتا درزه‌دار – ابعاد پهنه 90-30 و عرض پایه‌ها 30-10
• توده‌ای: در کانسارهای محکم یا درزه‌داری کم

 

 

نکته‌ها

1. در صورت گیر کردن شبکه‌ی گریزلی از سطح زمین، چال‌های عمیق حفر می‌کنیم.
2. این روش اگر دارای شکستگی‌های منظم باشد، بیشترین OMS را دارد و تولید به صورت پیوسته است.
3. این روش دارای بالاترین ریسک است و بیشترین آماده‌سازی را دارد و اکثر این آماده‌سازی‌ها در سنگ باطله اتفاق می‌افتد، در سطح زمین یک نشست بزرگ رخ می‌دهد و در مواردی که این نشست برای ما اهمیت داشته باشد امکان استفاده از آن برای ما اهمیت ندارد
4. هرچه خرد شدگی‌ها بیشتر باشد ← عمل caive کردن آسان‌تر ← ابعاد بلوک‌ها را بزرگ‌تر در نظر می‌گیرند.
5. پدیده‌ی Air Blost (انفجار هوا) در صورت ادامه‌ی تخلیه در مواد پل زدگی رخ می‌دهد.
6. این روش را تقریباً به صورت پس رو استخراج می‌کنند. (به دلیل پدیده‌ی Air Blost)
7. این روش تنها روش زیرزمینی است که توان رسیدن به سطح تولید سطحی را دارد و هزینه‌های آن برابر با هزینه‌های سطحی است.
8. خرد شدن سنگ به طور کامل توسط خود سنگ انجام می‌شود.
9. Caive کنندگی روباره (باطله یا کمر بالا) باید کمتر از ماده معدنی باشد در غیر این صورت باطله با کانسنگ مخلوط می‌شود.
10. چون ریسک این روش خیلی بالاست برای موادمعدنی با عیار بالا استفاده نمی‌شود.
11. تولید باید پیوسته باشد چون احتمال پل زدگی زیاد است.

 

مزایا

1. دارای پایین‌ترین قیمت تمام شده تولید است (چون تقریبا نیاز به چال‌زنی و آتشکاری اولیه ندارد)
2. هزینه آماده‌سازی کل بر تن تولید ماده معدنی تولید شده از بلوک نسبت به روش‌های دیگر کمتر است، هر چند هزینه آماده‌سازی اولیه خیلی زیاد است.
3. ایمنی مطلوب
4. ظرفیت بالای تولید روزانه
5. تولید تقریبا پیوسته
6. تمرکز کاری کاملا زیاد (که این امر باعث بالا رفتن OMS می‌شود)
7. عدم نیاز به نیروی انسانی ماهر
8. آموزش آسان نیروی انسانی
9. تهویه‌ی آسان و مختصر
10. قابلیت کاربرد در کانسارهای کم عیار

 

معایب

1. عدم انعطاف پذیری
2. میزان بالای ریسک
3. نیاز به آتشکاری ثانویه به صورت روزمره
4. نگهداری مشکل و پر هزینه‌ی تونل‌های پایین بلوک
5. میزان زیاد سرمایه‌گذاری اولیه
6. حجم زیاد عملیات آماده‌سازی اولیه (بدون در نظر گرفتن میزان تولید)
7. امکان از دست دادن کامل بلوک در صورت گرفتگی و ادامه پیدا کردن آن
8. تاثیر منفی زیاد شرایط نامناسب روی اختلاط و افت ماده معدنی
9. نشت گسترده در سطح زمین و مناطق اطراف بلوک