روش زیرزمینی استخراج از طبقات فرعی – Sublevel Stoping

با توجه به نیاز روز افزون به مواد خام اولیه و کاهش قابل توجه ذخایر سطحی که امکان استخراج آنها به روش‌های روباز میسر است و همچنین مشکلات و مسائل زیست محیطی که در معادن روباز بیشتر مطرح می‌شوند، باعث شده معدنکاری زیرزمینی با اقبال بیشتری مواجه شود. شرایط معدنکاری زیرزمینی دارای تفاوت‌های قابل توجهی با معدنکاری روباز است.

در معدنکاری زیرزمینی برای استخراج ماده معدنی با توجه به عوامل متعدد تاثیرگذار، روش‌های استخراجی متفاوتی استفاده می‌شود. طراحی محدوده نهایی و برنامه‌ریزی تولید معادن زیرزمینی، توجه بسیاری از طراحان و مهندسین پروژه‌های معدنی را به خود جلب کرده است.

 

روش استخراج از طبقات فرعی یکی از روش‌های استخراج بدون نگهداری می‌باشد که اغلب در معادن مس، آهن، روی، گوگرد، سرب، طلا، سنگ آهک و نیکل مورد استفاده قرار می‌گیرد. این روش برای استخراج لایه‌های فلزی با شیب بالای 45 درجه مورد استفاده قرار گرفته و شرط لازم برای این روش وجود کمر بالای مستحکم می‌باشد. در ایران معدن سرب و روی کوشک به روش استخراج از طبقات فرعی به صورت مکانیزه استخراج می‌گردد.

در لایه‌های پر شیب و با ضخامت کم تا متوسط از روش طولی استفاده می‌شود و در لایه‌های با ضخامت متوسط تا زیاد با شیب بالا روش استخراج از طبقات فرعی سبک عرضی را می‌توان بکار بست. با کم شدن شیب در لایه‌های با ضخامت زیاد از روش استخراج از طبقات فرعی با تونل‌های اسکریپر عمود بر امتداد لایه استفاده می‌شود که در این روش مستلزم مقداری باطله کاری و ساخت بخشی از قیف‌های کارگاه در باطله می‌باشد.

 

در روش جدید طبقه قیف‌ها به صورت شیب‌دار (هم شیب لایه) و تونل اسکریبر در امتداد لایه ساخته می‌شود و سنگ‌های استخراج شده توسط یک دوبل سنگریز به تونل باربری انتقال می‌یابد. روش جدید این امکان را فراهم می‌آورد تا در لایه‌های کم شیب و با ضخامت متوسط تا زیاد بتوان از روش استخراج از طبقات فرعی که در لایه‌های کم شیب در معادن فلزی امکان‌پذیر نیست استفاده کرد و راندمان و تولید بیشتری داشت.

 

شرایط اجرایی و مشخصات روش استخراج در طبقات فرعی

• مقاومت کانسنگ: متوسط تا محکم
• مقاومت سنگ: محکم تا نسبتاً محکم
• شکل کانسار: عدسی یا مسطح
• شیب کانسار: 60 تا 90 درجه (هرچه شیب نسبتاً پرشیب) بیش از 45 تا 50 درجه ترجیحاً بیشتر باشد استخراج به این روش موفقیت آمیزتر است.
• اندازه کانسار: نسبتاً ضخیم تا عرض متوسط (6 تا 30 متر)
• عیار کانسنگ متوسط
• یکنواختی کانسنگ: نسبتاً یکنواخت تا یکنواخت
• عمق: متوسط (کمتر از 1200 متر)، عمیق (کمتر از 2400 متر)
• هزینه استخراج: 20 درصد درآمد
• توان تولید: بالا
• میزان سرمایه‌گذاری اولیه: متوسط
• آماده سازی معدن: متوسط
• قابلیت استخراج انتخابی: کم
• بازیابی: (نسبت استخراج) متوسط تا نسبتاً خوب (75 درصد)
• نشست زمین: پایین
• ایمنی و بهداشت: خوب
• امکان مکانیزاسیون: بالا
• نیاز به نگهداری: خود نگهدار

 

این روش یک روش بالاسری است، به این معنی که روی سر و به بالا حرکت خواهد کرد، این روش پر تولید بوده و حجم استخراج در آن بالا می‌باشد.

 

در این روش از حفر چال‌های بلند و آتشباری در طبقات فرعی جهت خرد کردن ماده معدنی استفاده می‌شود. ماده معدنی تحت تاثیر نیروی ثقل در طول کارگاه جریان می‌یابد و از طبقه باربری تخلیه می‌شود. استخراج از طبقات فرعی با اسامی دیگری نظیر استخراج با چال‌های آتشباری ( Blast hole stoping )، استخراج با چال‌های بلند (Long hole stoping )، استخراج با فضای باز ( Open stoping ) و VCR نیز شناخته شده است. در حال حاضر برای حدود ۹ درصد تولیدات غیر زغالی یا ۳ درصد کل تولید کانی‌ها در ایالات متحده از این روش استفاده می‌شود.

 

این روش در مقایسه با روش کارگاه و پایه و روش انباره ای از نگهداری موقت کمتری در کارگاه برخوردار است. در کارگاه هیچ نیازی به افراد نیست. کارگران چالزنی و آتشکاری تحت پوشش حفاظتی در طبقات فرعی و میانبر‌ها کار می‌کنند و در عین حال امنیت کارگران در حین بارگیری و باربری به وسیله پیچ سنگها، توری فلزی، کابل‌ها یا بتن پاشی تامین می‌شود.

 

آماده سازی و طراحی روش

مرحله ۱- حفر تونل دنبال لایه در زیر کارگاه استخراج

مرحله ۲- حفر دویل‌های دسترسی

مرحله ۳- حفر تونل‌های دنبال لایه به عنوان طبقات فرعی در داخل توده معدنی ( بنابراین با حفر این طبقات فرعی مقداری از ماده معدنی استخراج خواهد شد ).

مرحله ۴- ایجاد یک زیر برش در زیر کارگاه استخراج

مرحله ۵- ایجاد سیستم تخلیه برای استخراج مواد خرد شده

مرحله ۶- توسعه دویل موجود در انتهای کارگاه در سراسر ضخامت ماده معدنی(حفر تونل اسلات) تا یک سطح آزاد برای استخراج مواد معدنی ایجاد شود.

 

انواع چالزنی

۱- چالزنی با چال‌های شعاعی

قطر این نوع چال‌ها ۵۰ تا ۷۰ میلی‌متر و طول چال‌ها معمولا ۲۴ تا ۳۰ متر است. و برای مقرون به صرفه بودن شکستن سنگ‌ها، چال‌ها با تراکم بالا خرج‌گذاری می‌شوند.

 

2– چال زنی با چال‌های موازی

در صورتی که ماده معدنی رگه ای شکل و با ضخامت کم باشد از چال‌های موازی استفاده می‌شود. این چال‌ها با قطر زیاد و تا طول ۹۰ متر حفر می‌شوند، چال‌های بلند تر به معنی انتخاب طبقه فرعی کمتر و در نتیجه آماده سازی کمتر می‌باشد.

 

نکته: برای کاهش هزینه‌های آماده سازی، چال‌های موازی بر چال‌های شعاعی ترجیح داده می‌شوند.

 

مقایسه چالزنی موازی (Parallel Drilling) و پروانه‌ای (Ring Drilling)

• در به کارگیری چال‌های پروانه‌ای باید دقت شود که کانسار یکنواخت باشد زیرا غیر یکنواخت بودن سنگ معدن باعث خسارت در ادامه کار می‌شود.
• به علت حفر چال‌های طویل احتیاج به ماشین‌های چالزنی بزرگ داریم وچون گران قیمت هستند، سرمایه گذاری اولیه زیادتر می‌شود، ولی انحراف در چال‌هایی که با دستگاه‌های DTH حفر می‌شوند کمتر از ۲ درصد بوده و از این رو میتوان فاصله طبقات فرعی را افزایش، تعداد طبقات فرعی را کاهش و در نتیجه میزان عملیات آماده‌سازی را کم کرد و حجم بیشتری از کانسنگ را در یک مرحله چالزنی و آتشکاری استخراج کرد.
• یکی از مزایای چالزنی موازی این است که به تعداد مراحل آتشباری کمتری نیاز دارد و در نتیجه نرخ تولید بیشتر می‌باشد.

 

 

ابعاد کارگاه

بسیاری از پارامتر‌های طراحی در روش استخراج از طبقات فرعی مشابه ابعاد و عوامل موثر در روش استخراج انباره ای یا دیگر روش‌های استخراج قائم است. عرض کارگاه از ۶ تا ۳۰ متر تغییر می‌کند، حداکثر طول کارگاه ۹۰ متر و حداکثر ارتفاع طبقات فرعی ۹۰ متر می‌باشد.

• عرض کارگاه برابر ضخامت ماده ی معدنی و طول کارگاه برابر طول sub level (از man way تا انتها) می‌باشد.
• ارتفاع کارگاه از level تونل transport تاlevel بالایی را گویند و هر چه ارتفاع کارگاه بیشتر شود، هزینه‌های آماده سازی و استخراج کمتر می‌شود.
• مهمترین پارامترهای تأثیر گذار در طراحی طول و عرض، اعتماد به کمر بالا و کمر پایین و ضخامت ماده ی معدنی است.
• هرچه اعتماد به کمر بالا و کمر پایین ↑ ← طول کارگاه ↑ ← هزینه ی آماده سازی ↓← بازیابی↑.

 

چرخه عملیات

در روش استخراج از طبقات فرعی چرخه تولید به صورت زیر است:

چالزنی + آتشکاری + بارگیری + باربری = چرخه تولید

• چالزنی:
  • دستگاه چالزنی ضربه‌ای هوای فشرده مخصوص حفر چال‌های بلند (چال‌های کم قطر)
  • دستگاه حفاری ضربه‌ای هوای فشرده DTH (چال‌های قطور)
  • دستگاه چالزنی دورانی سرمته غلتشی (چال‌های قطور)
• آتشباری: آنفو، مواد منفجره دوغابی، آتشکاری برقی، آتشباری به صورت پله ای با چال‌های بلند مخصوص برای استخراج بزرگ مقیاس بالا سری
• بارگیری: جریان مواد تحت تاثیر نیروی ثقل به سمت دهانه‌های تخلیه، LHD، لودر‌های تخلیه از جلو، شاول لودر، اسلاشر
• باربری: LHD، کامیون، قطار، نوار نقاله ( به ندرت)

 

نقاط تخلیه draw points

• باید از نظر ابعاد به اندازه ای باشد که مواد به راحتی خارج شوند واحتیاج به آتشباری ثانویه نداشته باشد.
• فاصله ی آنها به اندازه ای باشد که کمترین پرت ماده ی معدنی را داشته باشیم و هرچه فاصله ی نقاط ثانویه بیشتر باشد کاهش بازیابی را داریم.

 

نکته: جهت راندمان بهتر آتشباری و بارگیری راحت تر، می‌بایست under cut ( زیر برش ) چند مرحله جلوتر از محل پیشروی سینه کار حفر گردد. زیرا اگر زیر برش به خوبی طراحی و اجرا شود راندمان چالزنی را بالا برده و به بارگیری نیز کمک می‌کند.

 

بحث پایه‌ها

1. پایه‌ها برای حفظ ثبات کمر بالا و کمر پایین به جای گذاشته می‌شوند
2. نقش دیگر آن کاهش میزان اختلاط است و از برش‌های جزیی کمر بالا جلو گیری می‌کند
3. عیب پایه‌ها کاهش میزان بازیابی است

 

 

مزایا:

• بیرون کشیدن مواد از کارگاه تحت نیروی ثقل انجام می‌شود
• توان تولید متوسط تا زیاد دارد
• هزینه استخراج در حد متوسط است
• قابلیت مکانیزاسیون دارد
• هزینه کندن و انتقال مواد، پایین است
• شرایط اکثرا ایمن و تهویه آن آسان می‌باشد
• هزینه خرد کردن در صورتی که از آنفو استفاده شود پایین است
• عملیات واحد می‌تواند به صورت همزمان انجام شود
• بازیابی نسبتا خوب (۷۵٪)
• اختلاط نسبتا خوب (۲۰٪)
• روش کارگر بر نیست
• یک کارگاه می‌تواند جوابگوی تولید روزانه باشد

 

معایب:

• روش نسبتا پرهزینه است
• انعطاف ناپذیر و غیر انتخابی است
• حفر چال‌های بلند باید زیر ۲ ٪ انحراف داشته باشد و مستلزم دقت فراوان است
• انفجار‌های بزرگ می‌تواند باعث لرزش بیش از حد و آسیب‌های ساختاری شود
• حداقل شیب ماده معدنی ۵۰ درجه و در شیب کم کاربردی ندارد
• ممکن است بعد از آتشکاری قطعات بزرگ ایجاد شده و نیاز به آتشکاری ثانویه باشد
• در کمر بالای ضعیف کاربردی ندارد زیرا در بالاترین طبقه عملیات، استخراج از شرایط ایمنی خارج می‌شود
• مراحل آماده سازی کند، پیچیده و پر هزینه است