قبل از تولید سنگ معدن ، سرمایه گذاری مشخصی در کار توسعه معدن باید انجام بگیرد. در معادن روباز این امر شامل ساخت جاده های دسترسی به معدن سنگ و حذف مواد زائد پوشاننده به منظور رسیدن به سنگ معدن و ایجاد هندسه های اولیه قشر معدنی است. برای یک معدن زیرزمینی مرحله توسعه بطور قابل ملاحظه ای پیچیده تر است.
دهانه های عمودی: شفت ها و حفاری دویل
ابزار اصلی دسترسی به یک سنگ معدن زیرزمینی یک دهانه ی عمودی به نام شفت (چاله، چاه) است. شفت از سطح به سمت پایین تا عمق کمی زیر عمیق ترین افق معدن مورد نظر ، استخراج یا حفاری می شود.
در فواصل منظم در امتداد شفت ، دهانه های افقی به نام رانش (drifts) به سمت بدنه ی سنگ معدن ایجاد می شوند. هر یک از این افق های اصلی کار را، یک سطح (level) می نامند.
چاه مجهز به آسانسور (قفس (cages) نامیده می شود) است که با استفاده از آن کارگران ، ماشین آلات و مواد وارد معدن می شوند. سنگ معدن با وسایل حمل و نقل خاصی به نام واگن یا بالابر (skips) به سطح منتقل می شود.
شفت ها معمولاً دارای محفظه هایی هستند که خطوط رسانه ای (به عنوان مثال ، هوای فشرده ، برق یا آب) در آن قرار دارد. آن ها همچنین به عنوان یک جزء در سیستم کلی تهویه معدن عمل می کنند. هوای تازه ممکن است از طریق شفت تولیدی وارد معدن شده و از طریق شفت دیگری خارج شود یا برعکس.
راه دیگر دسترسی به زیر زمین از طریق یک سطح شیب دار – یعنی تونلی است که از سطح به سمت پایین ایجاد می شود. شیبک های داخلی که از سطحی به سطح دیگر می روند نیز بسیار رایج هستند.
اگر توپوگرافی (مکان نگاری) منطقه کوهستانی باشد ، ممکن است با حرکت دهانه های افقی یا نزدیک به افقی از کنار کوه به بخش اصلی سنگ معدن برسید. در معدنکاری فلز به این دهانه ها تونل دسترسی (adits) گفته می شود.
سنگ معدن که در سطوح مختلف استخراج می شود ، در دهانه های عمودی یا تقریباً عمودی به نام گذرهای سنگ معدن ریخته می شود ، که از طریق آن ها به دلیل گرانش به پایین ترین سطح معدن می افتد. در آنجا خرد می شود ، در یک مخزن (انباره) سنگ معدن ذخیره می شود و در یک ایستگاه مخصوص در واگن ها بارگیری می شود.
در سازه ی اصلی روی سطح ، واگن ها بارهای خود را تخلیه کرده و سپس برای تکرار این چرخه باز می گردند. برخی از روش های جایگزین رایج برای حمل و نقل سنگ معدن ، باربر نقاله ای و حمل و نقل کامیون است. گاهی اوقات دهانه های عمودی یا تقریباً عمودی برای حمل سنگ باطله ایجاد می شوند ، اگرچه در اکثر معادن سعی می کنند سنگ باطله را زیر زمین بگذارند.
ارتباطات عمودی یا شبه (نیمه) عمودی بین سطوح، عموماً از سطح پایین تر به سمت بالا طی فرآیندی به نام حفر دویل (raising) انجام می شود.
دویل ها با قطر 2 تا 5 متر (7 تا 16 فوت) و تا چند صد متر طول، اغلب توسط دستگاه های قدرتمند مخصوص این کار حفاری می شوند. دهانه های ایجاد شده ممکن است به عنوان معادن سنگ معدن ، گذرگاه های زباله یا دهانه های تهویه استفاده شوند.
به یک دهانه عمودی زیرزمینی که از سطح بالا به سمت پایین رانده می شود ، چاه مورب (winze) گفته می شود. این یک شفت داخلی است.
دهانه های افقی: رانش جانبی
تمام دهانه های افقی یا زیر افقی ساخته شده در معدن دارای نام عمومی رانش هستند. این ها تونل هایی هستند که در صخره ساخته شده اند و اندازه و شکل آن بسته به کاربرد آن ها دارد – برای مثال حمل و نقل ، تهویه یا اکتشاف. به رانش موازی با بدنه سنگ معدن و قرار گرفتن در فرودیواره، رانش فرودیواره گفته می شود و به رانش هایی که از فرودیواره روی بدنه ی کانی حرکت می کند ، میانبر (اریب) می گویند. شیبک نیز نوعی رانش است.
از آنجا که رانش یک واحد ساختمانی اساسی در معادن زیرزمینی است ، فرآیند ایجاد آن باید توضیح داده شود. پنج عملیات جداگانه برای افزایش طول رانش با یک دور یا واحد حجم سنگ وجود دارد. این ها به ترتیب ذکر شده اند: حفاری ، انفجار ، بارگیری و حمل ، مقیاس بندی و تقویت.
بسته به اندازه ی دهانه ی در حال توسعه ، نوع سنگ و میزان مکانیزاسیون ، حفاری به روش های مختلف انجام می شود. اکثر معادن از حامل های دیزلی و چرخ لاستیکی استفاده می کنند که چندین مته روی آن ها نصب شده است. به این ماشین ها drill jumbos گفته می شود.
خود مته ها ممکن است از هوای فشرده یا مایع هیدرولیک تغذیه کنند. در مته زنی دورانی ضربه ای، پیستون در سیلندر دستگاه حفاری به جلو و عقب رانده می شود. در حرکت جلو به انتهای یک میله فولادی یا میله مته برخورد می کند ، که جلوی آن یک تیغه یا سرمته مخصوص وصل شده است.
لبه های تیغه با نیروی زیادی به پایین سوراخ حرکت می کند و با حرکت پیستون به پشت سیلندر ، سرمته برای ضربه بعدی به موقعیت جدیدی می چرخد. از طریق عملکرد انرژی بالا ، فرکانس (2000 تا 3000 ضربه در دقیقه) و سرعت چرخش ، حتی در سخت ترین سنگ ها، حفره هایی با سرعت زیاد حفر می شود.
الگویی از چاله های موازی در انتهای رانش در سطح سنگ حفر می شود. قطر این سوراخ ها بین 38 تا 64 میلی متر (1.5 تا 2.5 اینچ) متغیر است ، اما به طور کلی یک یا چند سوراخ پر نشده با قطر بزرگ تر نیز به عنوان بخشی از دهانه ی اولیه حفر می شود. این مورد دوم به عنوان سطحی آزاد برای شکستن حفره های دیگر و همچنین فضای بزرگ برای سنگ شکسته شده توسط انفجار عمل می کند.
مواد منفجره ممکن است به شکل چوب یا فشنگی که در کاغذ یا پلاستیک پیچیده شده اند در سوراخ های انفجار قرار داده شوند ، یا ممکن است منفجر شوند یا به داخل پمپ شوند. آن ها از مواد شیمیایی تشکیل شده اند که در صورت آماده سازی مناسب ، فشارهای گازی بسیار بالایی ایجاد می کنند.
این ها به نوبه خود باعث شکستگی های جدید در سنگ اطراف و رشد شکستگی های قدیمی می شوند. در این فرایند سنگ شکسته و جابجا می شود.
برای سال های متمادی دینامیت اصلی ترین ماده منفجره بود که در زیر زمین استفاده می شد ، اما این ماده تا حد زیادی با مواد منفجره بر اساس نیترات آمونیوم (AN; chemical formula NH4NO3) و نفت کوره (FO; chemical formula CH2) جایگزین شده است. هیچ یک از این اجزا به خودی خود قابل انفجار نیستند ، اما هنگامی که در نسبت وزن مناسب (94.5 percent AN, 5.5 percent FO) مخلوط شده و مشتعل شوند ، واکنش شیمیایی زیر را ایجاد می کنند:
https://cdn.britannica.com/09/15509-004-A5C7438C/chemical-equation.jpgثمرات واکنش فوق (به ترتیب دی اکسید کربن ، آب و نیتروژن) معمولاً در هوا وجود دارد. اگر مقدار زیادی نفت کوره در مخلوط وجود داشته باشد ، گاز سمی مونوکسید کربن تشکیل می شود. به همین دلیل گازها از طریق سیستم تهویه از معدن خارج می شوند و انفجار به طور معمول بین شیفت ها یا در پایان آخرین شیفت ، هنگامی که معدنچیان خارج از معدن هستند انجام می شود.
چاله های انفجاری باید به ترتیب خاصی منفجر شوند تا فضای کافی برای قرار دادن سنگ شکسته شده وجود داشته باشد. آن هایی که به سوراخ های بزرگ خالی نزدیک ترند ابتدا شلیک می شوند و سپس آن هایی که کنار سوراخ های بزرگتر ایجاد شده هستند به همین صورت منفجر می شوند. این کار تا رسیدن به حفره هایی روی خط تراز زمین ادامه می یابد. برای ایجاد چنین الگوی گسترده ای ، زمان انفجارها بسیار مهم است.
برای انجام این کار ، دو سیستم الکتریکی و غیر الکتریکی وجود دارد. در سیستم الکتریکی ، جریان الکتریکی از طریق یک عنصر مقاومتی که در چاشنی انفجار وجود دارد، عبور می کند. وقتی گرم می شود ، یک سر فیوز ایجاد می کند ، که به نوبه خود یک ترکیب شیمیایی را که با سرعت مشخص می سوزد ، مشتعل می کند.
این ترکیب به عنوان عنصر زمان بندی یا تاخیر در چاشنی عمل می کند. در انتهای دیگر تاخیر ، فشنگ یا چاشنی فعال قرار دارد ، یک ماده منفجره (به طور کلی آزید سرب ، فولمینات جیوه ، یا پنتا اریتریتول تترانیترات [PETN]) که پس از انفجار ، مقدار زیادی انرژی در مدت زمان بسیار کمی آزاد می کند.
این مقدار کافی است تا مقدار بیشتری از مواد منفجره ANFO در حفره مشتعل شود. متداول ترین فاصله ی زمانی بین تاخیرهای مجاور 25 میلی ثانیه است. چاشنی های دیگری نیز موجود است که در آن ها تأخیر به صورت الکتریکی از طریق استفاده از میکروسکوترها (ریزمدار ها) اعمال می شود.
از مزایای آن این است که تفاوت بسیار کمی در میان چاشنی هایی با مدت تأخیر یکسان است. همچنین ، تعداد دوره های تأخیر موجود بسیار بیشتر از چاشنی های سوزاننده ی ترکیبی است.
پس از انفجار ، سنگ معدن شکسته شده توسط ماشین هایی بارگیری و حمل می شود که ممکن است از هوای فشرده ، سوخت دیزل یا برق استفاده کنند. معادن بسیار مکانیزه از واحدهایی استفاده می کنند که اتوماتیک بارگیری می کنند ، سنگ را به یک معدن سنگ معدن می رسانند و آن را تخلیه می کنند.
این واحدها به عنوان واحدهای LHD شناخته می شوند ، در اندازه های مختلف با حجم یا وزن بار قابل حمل مشاهده و مشخص می شوند. کوچک ترین آن ها دارای ظرفیت کمتر از 1 متر مکعب (1تن) هستند ، در حالی که بزرگ ترین آن ها دارای ظرفیت 25 تن هستند.
در رسوبات با رگه های باریک و کوچک ، اغلب از لودرهای خطی یا چرخ لاستیکی استفاده می شود. پس از پر شدن مخزن آن ، این دستگاه بلند می شود و به عقب می چرخد و در یک جعبه تخلیه داخلی یا واگن متصل تخلیه می شود. معمولاً لودرهای Overhot توسط هوای فشرده تغذیه می شوند.
نوع دیگری از ماشین بارگیری وجو دارد که دارای بازوهای مخصوص جمع آوری است که مواد شکسته را جارو می کند یا وارد فیدر می کند ، از آنجا از طریق تسمه نقاله زرهی درون کامیون های منتظر یا واگن های راه آهن بارگیری می شوند. اگرچه اکثر ماشین های بارگیری دارای راننده اپراتور هستند ، اما برخی از راه دور از طریق مانیتور تلویزیون کنترل می شوند.
پس از برداشتن سنگ شکسته (و گاهی حتی در حین بارگیری) ، سقف ، دیوارها و صورت از سنگ نرم پاک می شود. این فرایند را مقیاس بندی می نامند. در دهانه های کوچک مقیاس بندی معمولاً با دست انجام می شود ، با استفاده از یک ابزار مخصوص فولادی یا آلومینیومی که شبیه یک اهرم لبه بلند است تا مواد سست را از بین ببرد.
در دهانه های بزرگتر و معادن مکانیزه ، از ماشین مخصوص با چکش ضربه ای یا قلاب (چنگک) مقیاس بندی که روی بازوی متحرک نصب شده است استفاده می شود. مقیاس بندی یک گام بسیار مهم در ایمن سازی محیط کار است.
بسته به شرایط زمین و دوام دهانه ها ، قبل از شروع دور جدید رانش ، ممکن است از ابزارهای مختلف تقویت سنگ استفاده شود. این کار برای این که سنگ بتواند خودش را نگه دارد، ایده آل است.
این امر با ثابت نگه داشتن بلوک های سنگی و در نتیجه شکل گیری قوس یا تیرهای سنگی انجام می شود ، اما اغلب این بلوک ها باید با وسایل مختلف تقویت شوند ، که متداول ترین آن ها پیچ های سنگی است که در سوراخ های حفره قرار می گیرند.
در یک تکنیک، یک پیچ فولادی مجهز به قلاب (بست) بسط در انتها به سوراخ وارد می شود. چرخش پیچ باعث می شود که قلاب (بست) باعث انبساط و گسترش دیواره حفره می شود و چرخش بیشتر، یک صفحه بزرگ فولادی یا واشر را در برابر سنگ فشرده می کند و به طور موثر بلوک ها را به هم قفل می کند. الگوی چنین پیچ و مهره هایی در اطراف و در امتداد یک دهانه ، یک قوس سنگی ایجاد می کند.
اگر قطعات سنگ کاملاً کوچک هستند ، می توان یک توری فولادی (شبیه حصار زنجیری) یا تسمه های فولادی بین پیچ و مهره ها قرار داد. در برخی از معادن به سادگی سیم های تقویت کننده یا کابل های فولادی را در دیواره چاه ها می چسبانند. بتن شاتکری که به صورت لایه ای روی سطوح سنگ اسپری می شود ، همچنین وسیله ای بسیار رضایت بخش برای تقویت سنگ است.
