استخراج از معدن سنگ

در این بخش به موضوع استخراج از معدن می پردازیم.اگرچه به ندرت از آن برای ساخت تمام سازه ها استفاده می شود، اما سنگ به دلیل جذابیت زیبایی ،دوام و سهولت نگهداری بسیار مورد توجه قرار می گیرد. رایج ترین انواع آن شامل گرانیت ، سنگ آهک ، ماسه سنگ ، سنگ مرمر ، تخته سنگ ، گنایس و سرپانتین است.

تمام سنگ های طبیعی مورد استفاده برای پایه های سازه ها ، دیوارهای حائل ، روکش ، کاشی کاری کف ، سقف یا مصارف زینتی ، سنگ ساختمان نامیده می شوند و سنگ ساختمانی که برای مصارف از پیش تعیین شده در ساختمان ها و بناهای تاریخی برش داده شده و پرداخت شده است ، به عنوان سنگ قواره (تزئینی) شناخته می شود.

ویژگی های مورد نیاز برای یک سنگ قواره خوب عبارتند از یکنواختی بافت و رنگ ، بدون نقص بودن ، مناسب بودن برای پرداخت، کنده کاری و مقاومت در برابر هوازدگی. این بخش، استخراج سنگ های قواره را توضیح می دهد.

Pit geometry

هندسه گودال

اگرچه استخراج از معدن نیز در زیر زمین انجام می شود ، با استفاده از تکنیک های اتاق و پایه ، در اکثر معادن ، استخراج مستلزم برداشتن و خارج کردن  بلوک ها از دامنه ی تپه ها و یا ایجاد هندسه ای از نوع روباز است.

اولین قدم برای توسعه چنین معادنی ، برداشتن پوشش رویشی درختان و بوته های زیر

درختان است. در مرحله بعد ، بار اضافی روخاکی و زیرخاکی برداشته شده و برای احیا و اصلاح در آینده ذخیره می شود. سنگ به شکل مجموعه ای از قشرهای معدنی یا برش هایی به ضخامت بلوک های مورد نظر استخراج می شود.

این ضخامت اغلب حدود 4.5 تا 6 متر (حدود 15 تا 20 فوت) است، اما از آنجا که استفاده و بهره وری از هر گونه کانسارهای لایه دار افقی طبیعی، رویه عملی معدن کاری است ، ضخامت بلوک ممکن است متفاوت باشد.

فرایند استخراج از معدن عبارت است از جداسازی بلوک های بزرگ ، که گاهی اوقات قرص نان (کله قند) نامیده می شوند ، از سنگ اطراف است.  این بلوک ها ممکن است 6 متر ارتفاع، 6 متر عمق و 12 تا 18 متر (حدود 40 تا 60 فوت) طول داشته باشند و وزن آن ها بین 1200 تا 2000 تن باشد. (این بلوک های بزرگ متعاقباً به بلوک های آسیاب با وزن 15 تا 70 تن تقسیم می شوند).

برداشتن بلوک ها از معدن معمولاً توسط یک یا چند دریک (جرثقیل دکلی) ثابت انجام می شود. در نتیجه ، مساحت پلان یک معدن نه تنها با هندسه کانسار و میزان مواد (مصالح) رویی بلکه با میزان و وسعت برد دسترسی بازوی متحرک دریک (جرثقیل دکلی) نیز تعیین می شود.

با این حال ، جرثقیل ها به تدریج با لودرهای پیشکاو متحرک با ظرفیت کافی برای جابجایی ، بلند کردن و حمل بلوک های آسیاب 30 تن جایگزین می شوند و طرح ، طراحی و نحوه عملکرد معادن نیز بر این اساس اصلاح می شود.

یک فاکتور بسیار بیهوده در استخراج سنگ های قواره(در استخراج از معدن) وجود دارد. در برخی از معادن مقدار سنگ قابل استفاده و کاربردی فقط 15 تا 20 درصد از استخراج از معدن را تشکیل می دهد. به همین دلیل یکی از جنبه های مهم در برنامه ریزی معدن ، تشخیص مکان سنگ باطله یا توده “دوغاب” است.

Unit operations

عملیات واحد

تکنیک های مختلفی برای جداسازی توده ی سنگی از توده اصلی وجود دارد.

سال ها تکنیک اولیه استفاده از سیم برش بود که از یک سیم فولادی هلیکوئیدی (فنری) تک ، دو یا سه رشته ای با قطر حدود 6 میلی متر (0.2 اینچ) تشکیل شده بود که در آن ماسه ، اکسید آلومینیوم ، کاربید سیلیکون یا سایر مواد ساینده مخلوط شده با آب وجود داشت.

هنگامی که سیم روی سطح کشیده می شود ، شیار یا مجرایی در سنگ ساییده می شود. اگرچه سیم خود برش را انجام نمی دهد (این کار توسط ساینده انجام می شود) ، اما با انجام این فرایند، باعث ساییدگی می شود به طوری که عرض برش به طور مداوم کاهش می یابد.

اگر سیم قبل از اتمام برش بشکند ، برای شروع مجدد کار مشکل زیادی ایجاد می شود. بنابراین ، سیم باید به اندازه کافی بلند باشد تا برش کامل شود.

در معدن سنگ گرانیت ، یک قاعده کلی این است که برای هر متر مربع سنگ برش خورده (27 فوت سیم در هر فوت مربع) حدود 27 متر (حدود 89 فوت) سیم استفاده می شود. تکمیل برش 6 متری به طول 9 متر (30 فوت) به طول تقریبی 1450 متر (حدود 4800 فوت) سیم نیاز دارد.

در واقع ، برای نصب یک سیم برش معمولی ممکن است به 3 تا 5 کیلومتر (2 تا 3 مایل) سیم نیاز باشد که توسط یک موتور الکتریکی یا موتور دیزلی حرکت می کند و توسط یک سیستم چرخ قرقره دار در اطراف معدن هدایت می شود. یک سیم واحد ممکن است با هدایت مناسب قرقره، همزمان چندین برش ایجاد کند.

مزیت استفاده از سیم برش، ایجاد برشی صاف است که این کار پردازش بعدی را به حداقل می رساند و به سنگ مجاور آسیب نمی رساند. با این حال ، روش های دیگری تا حد زیادی جایگزین این تکنیک شده است.

در سنگ های سخت مانند سنگ گرانیت که دارای حجم زیادی کوارتز است، ممکن است مجرا ها با جت سوز دستی یا خودکار بریده و حفر شوند. مخلوط متراکمی از روغن مازوت و هوا یا سوخت مازوت و اکسیژن در محفظه احتراق، مشابه موتور موشک مینیاتوری، سوزانده می شود و شعله ای با درجه حرارت بالا و سرعت بالا ایجاد می کند. بنابراین می توان یک کانال یا مجرا با 75 تا 150 میلی متر (3 تا 6 اینچ) عرض و حداکثر 6 متر عمق ایجاد کرد.

تکنیک دیگر برای برش شکاف ها شامل ایجاد یک سری سوراخ های موازی طولانی ، با استفاده از مته های ضربه ای پنوماتیک یا هیدرولیکی است. در حفاری خطی، ابتدا می توان سوراخ های پیلوت را با فاصله بسیار نزدیک ایجاد کرد و سپس مواد حائل را با استفاده از سرمته ای با قطر بزرگ تر، برید و حذف کرد.

روش و ترتیبات دیگری با استفاده از راهنمای ویژه نیز در دسترس است. در سنگ های نرم تر و کمتر ساینده ، بافت سنگی باقی مانده بین سوراخ ها ممکن است به سادگی خرد یا شکسته شود.

سنگ بین حفره هایی با فواصل کمتر (125 تا 250 میلی متر [حدود 5 تا 10 اینچ] از یکدیگر) به جای برداشتن می تواند شکسته شود. یکی از تکنیک های انجام این کار عبارت است از استفاده از مواد منفجره مخصوص برای اعمال فشار زیاد گاز به دیواره های سوراخ و در نتیجه ایجاد ترک در امتداد خط انفجار است. یک روش مکانیکی برای انجام این کار استفاده از پره و گووه است.

پره ها دو قطعه فولادی نیم گرد هستند که در تمام سوراخ هایی که یک طرف بلوک را تشکیل می دهند وارد می شوند. کارگر معدن بر روی سرتاسر این لایه ها کار می کند ، یک گووه را بین هر جفت پره قرار می دهد و سپس با چکش بر روی گووه ها ضربه می زند.

این کار فشار را از گووه به پره ها انتقال می دهد تا در نهایت یک خط ترک ایجاد می شود. این روش معمولاً برای تشکیل قسمت پایینی یک بلوک و برای تقسیم بلوک های بزرگ به بلوک های کوچک تر اعمال می شود.

در حالت دوم ، به یک ردیف سوراخ با قطر کوچک تنها با عمق چند سانتی متری مورد نیاز است. علاوه بر این ، از دوغاب سیمان مخصوصی که در حین به عمل آمدن منبسط می شوند و همچنین از تکنیک های متراکم هیدرولیک مخصوص نیز استفاده شده است.

یک پیشرفت نسبتاً جدید سیم برش الماس است. شامل یک کابل حامل فولادی 6 میلی متری است که روی آن مهره های آغشته به الماس و حائل های پلاستیکی تزریق شده به طور متناوب قرار می گیرند.

حائل های پلاستیکی از کابل در برابر سایندگی سنگ محافظت می کنند و همچنین قطعات الماس روی کابل را حفظ می کنند.

آب نسبتاً تمیز هم به عنوان وسیله شستشو و هم برای خنک کردن سیم عمل می کند. برای شروع برش به دو سوراخ مته به قطر 40 تا 90 میلی متر (1.6 تا 3.5 اینچ) نیاز است.

یک سوراخ از گوشه بالایی بلوک حفر می شود و سوراخ دیگر به صورت افقی در امتداد پایین حفر می شود تا سوراخ عمودی را قطع کند. سیم از طریق سوراخ ها کشیده شده است و یک مکانیسم محرک قدرت حرکت سیم و اعمال کشش مناسب را تامین می کند.

برش سیم الماس بسیار باریک است (بنابراین ضایعات را کاهش می دهد) و باعث ایجاد ترک یا شکاف در سنگ نمی شود. علاوه بر این ، هنگامی که سیم راه اندازی و آماده شد ، نیازی به اپراتور نیست.

اره های زنجیری (برقی) بزرگ ، مشابه آن هایی که برای بریدن درختان استفاده می شوند اما مجهز به کاربید تنگستن یا تراشه و تیغه هایی با نوک الماس هستند، برای سنگ مرمر ، سنگ آهک ، سنگ تراورتن ، شیل هایی مانند: سنگ لوح و برخی از انواع ماسه سنگ قابل استفاده است.

این زنجیر که از حلقه های متحرک تشکیل شده است و ابزار گیر را حمل می کند ، در کانالی با دیوارها و پایین قابل تعویض حرکت می کند. این دستگاه از طریق مکانیزم چرخ و صفحه دنده در امتداد طول محور مدولار خود حرکت می کند.

کانال ها ممکن است توسط جت های فشار قوی آب با یا بدون افزودن یک ماده ساینده در سنگ بریده  و حفر شوند. آب از طریق یک نازل (دهانه) با قطر کوچک با سرعت بسیار بالا حرکت می کند و ترک های جدیدی ایجاد می کند و به ترک های طبیعی کوچک نفوذ می کند. در این فرایند ، لایه های نازک سنگ بریده می شوند.

مزایای کانال های جت آب این است که کانال های باریک و مستقیم را با سر و صدای بسیار کم حفر می کند و به سطح دیوار آسیب نمی رساند.

استخراج از معدن کاری بس دشوار است.