انواع استخراج از معدن سنگ

Mining flat-lying deposits

استخراج کانسار های مسطح

منشأ بسیاری از کانسارهای معدنی استخراج شده امروزی در اقیانوس ، دریاچه یا باتلاق بوده است و اگرچه ممکن است در طول زمان فشرده ، متراکم و شاید تا حدودی مخدوش شده باشند ، اما هنوز جهت افقی اولیه ای را که مواد معدنی در آن قرار داشته اند، حفظ کرده اند. بسته به ضخامت ، یکنواختی و عمق کانسار لایه دار ، استحکام لایه های پوشاننده و این که آیا امکان دستکاری (دست خوردگی) در سطح مجاز است ، چنین کانسار هایی با استفاده از دو روش اصلی ، جبهه کار طولانی یا اتاق و پایه، استخراج می شوند.

Room-and-pillar mining

استخراج به روش اتاق و پایه

رایج ترین سیستم استخرج معدنی، اتاق و پایه است. در این سیستم یک سری رانش های موازی هدایت می شوند ، بین این رانش ها اتصالاتی با فواصل منظم صورت می گیرد. هنگامی که فاصله بین رانش های متصل شده به همان اندازه فاصله بین رانش های موازی باشد، سپس یک الگوی تخت شطرنجی از اتاق ها و پایه ها ایجاد می شود ، همانطور که در شکل نشان داده شده است. پایه های سنگ معدن برای پشتیبانی از سنگ پوشاننده و رویی باقی می مانند ، اما در برخی از معادن ، پس از رسیدن معدن به مرز کانسار ، ممکن است برخی یا همه ی پایه ها برداشته شوند.

Longwall mining

استخراج به روش جبهه کار طولانی

در سیستم جبهه کار طولانی، بدنه ی سنگ معدن به صفحات یا بلوک های مستطیلی تقسیم می شود. در هر پانل (صفحه) دو یا چند رانش موازی (برای تهویه و انتقال سنگ معدن) در امتداد طرفین طولانی که مقابل هم قرار دارند، ایجاد می شود تا امکان دسترسی فراهم شود و در انتهای پانل یک رانش متقاطع واحد برای اتصال دو طرف نیز ایجاد می شود. در رانش متقاطع ، که “جبهه کار طولانی” است ، تکیه گاه های هیدرولیکی متحرک نصب شده اند تا سایبانی ایمن ایجاد شود که در زیر آن می توان کانسار لایه دار را استخراج کرد. یک دستگاه برش در زیر این سایبان محافظ به جلو و عقب حرکت می کند و ماده معدنی را از روی معادن جبهه کار طولانی برش می دهد و یک نوار نقاله ی زرهی ، ماده معدنی را به رانش های در دسترس منتقل می کند و در آنجا به سایر تسمه های (نوار) نقاله و خارج از پانل انتقال می یابد. با برداشتن مواد معدنی ، تکیه گاه ها و پایه ها به سمت بالا حرکت می کنند و در این صورت لایه های رویی سنگ در پشت سایبان فرو می ریزند.

فرایندی که در بالا توضیح داده شد برای سنگ های نرم تری مانند: ترونا ، نمک ، پتاس ، شیل ( که حاوی مواد معدنی است) و زغال سنگ مورد استفاده قرار می گیرد که می توان آن ها را با ماشین، برش داد. (استخراج زغال سنگ به روش جبهه کار طولانی  با جزئیات بیشتری در معدن زغال سنگ مورد بحث قرار می گیرد: معدن زیرزمینی ). در صخره های سخت ، مانند: صخره های طلا و پلاتین آفریقای جنوبی ، از همان الگوی اولیه پیروی می شود ، اما در این موارد ، کانسار لایه دار با حفاری و انفجار برداشته می شود و سطح سنگ معدن تا نقطه تجمع آن تراشیده می شود. پشتیبانی سقف توسط وسایل هیدرولیک ، الوار های چوبی و خاکریز های سنگ یا ماسه انجام می شود.

Mining steeply dipping deposits

استخراج کانسار هایی با شیب عمیق

بسیاری از کانسار های نوع وریدی (رگه دار) به صورت مسطح و هموار نیستند ، اما به دلیل نحوه جابجایی یا کرنش زاویه ای رخ داده ، در جهت های مختلف عمودی یا شبه عمودی یافت می شوند. اغلب مرزهای واضحی بین سنگ معدن و کلوخه سنگ وجود دارد – همانطور که در این بحث فرض می شود.

Blasthole stoping

استخراج با روش چال انفجاری

هنگامی که شیب کانسار زیاد است (بیشتر از 55 درجه) ، سنگ معدن و سنگ باطله محکم و سخت باشند ، مرزهای سنگ معدن منظم و کانسارها نسبتاً ضخیم هستند ، از سیستمی به نام استخراج چال انفجاری استفاده می شود. یک رانش در امتداد پایین بدنه سنگ معدن ایجاد می شود و در نهایت به شکل یک گودال بزرگ می شود. در پایان گودال ، حفر دویل به سطح حفاری بالا هدایت می شود. این حفر دویل با انفجار و ایجاد یک شکاف عمودی که که در عرض بدنه سنگ معدن امتداد دارد ، افزایش می یابد. از سطح حفاری ، سوراخ های بلند و موازی با قطر 100 تا 150 میلی متر (حدود 4 تا 6 اینچ) حفر می شوند. سپس انفجار انجام می شود ، شروع از شکاف می باشد. با عقب نشینی معدنچیان از حفاری رانش و با انفجار برش های پی در پی از شکاف ، یک اتاق بزرگ ایجاد می شود. تکنیک های مختلفی برای استخراج سنگ معدن از قسمت پایین گودال وجود دارد. 

انواع متفاوتی از استخراج به روش چال انفجاری وجود دارد. در استخراج زیرسطحی ، چاله های انفجاری کوتاه تری از سطوح زیرسطحی (فرعی) که در فواصل عمودی کوتاه تر در امتداد دامنه عمودی واقع شده اند ، حفر می شوند.  در استخراج به روش پسروی عمودی ، حفاری شکل یک شکاف عمودی را نمی گیرد. در عوض ، گودال به عنوان یک شکاف افقی عمل می کند و فقط  چاله های کوتاه تر در انتهای چاله های انفجاری با مواد منفجره شارژ می شوند و یک تکه افقی از سنگ معدن را به سمت پایین به داخل گودال می دمد. سپس قسمت کوتاه دیگری از چاله های انفجار شارژ می شود و این روند تا رسیدن به سطح بالایی تکرار می شود.

Shrinkage stoping

استخراج به روش انباره ای

از استخراج انباره ای، برای شیب های عمیق ، سنگ معدن نسبتاً باریک با مرزهای (جدار های) منظم استفاده می شود. سنگ معدن و سنگ باطله ( فرادیواره و فرودیواره) باید سخت و محکم باشند و سنگ معدن نباید تحت تأثیر ذخیره سازی در استخراج معادن قرار بگیرد و تغییر کند.

معدن چیان ، که کار خود را از سنگ معدن شکسته شروع می کنند و به سمت بالا پیش می روند، چاله های انفجاری را با استفاده از مته در یک سنگ معدن دست نخورده حفاری می کنند تا این گونه از سقف معدن استخراج شوند وسپس مواد منفجره درون این حفره ها جای می گیرند.  30 تا 40 درصد از سنگ معدن شکسته شده از قسمت پایینی معدن خارج می شود و سنگ معدن موجود در لایه ها منفجر می شود و جایگزین حجم برداشت شده می شود. سپس معدنچیان مجدداً وارد معدن شده و روی سنگ معدن تازه منفجر شده کار می کنند.

مکانیزه کردن استخراج انباره ای نسبتاً دشوار است. علاوه بر این ، ممکن است یک دوره زمانی طولانی و قابل توجه بین شروع عملیات استخراج از معادن و برداشت نهایی تمام سنگ معدن شکسته فاصه بیاندازد.

Cut-and-fill mining

استخراج به روش کند و پوش

این سیستم می تواند با بسیاری از اشکال مختلف بدنه سنگ معدن و شرایط زمین سازگار باشد. این روش همراه با استخراج اتاق و پایه ، انعطاف پذیرترین روش زیرزمینی است. در استخراج کند و پوش ، سنگ معدن به صورت یک سری لایه های افقی رانشی برداشته می شود. وقتی هر تکه برداشته می شود ، جای خالی پر می شود (عموماً با مواد زائد کارخانه فرآوری مواد معدنی) ، و تکه بعدی سنگ معدن استخراج می شود. در معدن کند و پوش دستی ، که رایج ترین نوع آن است ، استخراج از سطح پایین شروع می شود و به سمت بالا پیش می رود. در استخراج معادن به روش کند و پوش دستی ، کار از بالا به پایین پیشرفت می کند. در این مورد اخیر باید سیمان به لایه اضافه شود تا سقف محکمی ایجاد شود که در زیر آن امکان کار کردن باشد.

استخراج به روش کند و پوش از پایین به بالا،  در یک معدن زیرزمینی با دسترسی فراهم شده توسط سطح شیب دار(شیبک) در شکل زیر نشان داده شده است. در این طرح خاص ، با پیشرفت معدن به سمت بالا حفاری دویل در خاکریز شکل می گیرد. اینها عملکردهای مختلفی ارائه می دهند مانند راه های عبور یا گذرگاه های معادن، اما جایگزین دیگر آن، بارگیری و حمل و انتقال سنگ معدن توسط  LHD  به گذرگاه سنگی واقع در دیوار پایینی است.

در جایی که شرایط زمین اجازه می دهد ، می توان از ترکیب دو تکنیک مختلف برای استخراج استفاده کرد، مانند دو روش ترکیبی استخراج به روش کند و پوش و استخراج  طبقات فرعی/زیرسطحی (sublevel stoping) که معدنکاری جویباری/شیاری (rill mining) نام دارد. در این روش ، رانش هایی در سنگ معدن ایجاد می شوند و این سنگ های معدن با یک تکه سنگ به ارتفاع دو یا سه لایه معمولی جدا می شوند. همانطور که در استخراج طبقات فرعی/زیرسطحی ، برش های عمودی با حفاری و انفجار چاله های عمیق برداشته می شوند ، اما با برداشتن لایه ها ،  بارگیری انجام می شود. به این ترتیب مقدار زمین باز، کوچک نگه داشته می شود.

Sublevel caving

استخراج در طبقات فرعی/زیرسطحی

کاربرد کلمه فرعی/زیرسطحی در نام گذاری این روش به این معناست که کار در سطوح میانی زیادی (یعنی سطوح زیر سطح) بین سطوح اصلی انجام می شود. استخراخ در این روش به معنی تخریب و ریزش فرا دیواره ها و سطوحی است که با حذف سنگ معدن صورت می گیرد.

در سیستم استخراج زیرسطحی عرضی که در شکل نشان داده شده است ، سطوح متقاطع موازی در بدنه سنگ معدن در هر طبقه فرعی و زیرسطحی از رانش دیوار پایینی به سمت فرا دیواره منتقل می شوند.

رانش در زیرسطح بعدی به همان ترتیب انجام می شود ، اما بین سطوح بالا قرار می گیرد. سپس چاله های انفجاری در فواصل منظم در امتداد سطح متقاطع حفر می شوند. انفجار از فرا دیواره در بالاترین طبقه فرعی/زیرسطح آغاز می شود. وقتی سنگ معدن شکسته شده برداشته می شود ، موادی که از فرا دیواره و بالای آن ریزش کرده است نیز به دنبال آن برداشته می شوند، به طوری که هر چقدر میزان برداشت سنگ معدن بیشتر شود، مقدار زباله و سنگ باطله با آن افزایش می یابد. هنگامی که مقدار زباله (سنگ باطله) به حد معینی برسد ، بارگیری متوقف می شود و فن بعدی منفجر می شود. برای برخی از مواد معدنی مانند: مگنتیت ، که در آن ها سنگ معدن و سنگ باطله را می توان به راحتی و با هزینه ای ارزان جدا کرد ، رقیق سازی سنگ معدن کمتر از سایر مواد معدنی مشکل ساز می شود.

Mining massive deposits

استخراج کانسارهای عظیم

چندین روش توصیف شده در بالا (به عنوان مثال ، استخراج چاله های انفجاری ، تخریب و ریزش در طبقات فرعی و زیرسطح) را می توان برای استخراج کانسار های عظیم به کار برد ، اما روشی که به طور خاص برای چنین کانساری ایجاد شده است ، استخراج پانل/بلوک نامیده می شود. این روش در شرایط زیر مورد استفاده قرار می گیرد: (1) سنگ معدنی با بدنه ای بزرگ و شیبی شدید ، (2) سنگ معدنی با بدنه عظیم که جهت آن عمودی و گستره آن طولانی است ، (3) تخته سنگی که استخراج شده و به قطعات قابل حمل تبدیل می شود و (4) سطحی که امکان فرونشست دارد.

دو سطح توسعه – سطح تولید و 15 متر (50 فوت) بالاتر ، سطح زیر برش – در فاصله ای به اندازه (100 تا 300 متر [330 تا 980 فوت]) زیر قسمت بالایی سنگ معدن ایجاد شده است. مجموعه ای از رانش های موازی در سطح زیر برش ایجاد می شوند و سنگ بین رانش ها منفجر می شود. این امر یک شکاف افقی بزرگ ایجاد می کند که تکیه گاه را از سنگ معدن رویی برمی دارد به طوری که ریزش می کند. در فرایند استخراج ، سنگ معدن به قطعات کوچکی تبدیل می شود که به راحتی از گودال های پایین ، یا دهانه هایی (drawbells) که در سطح تولید قرار دارند ، جدا می شود. ماشین های LHD یا وسایل حمل و نقل مشابه ، سنگ معدن را به معابر و گذرگاه های سنگ معدن منتقل می کنند.

با بیرون کشیدن سنگ معدن از گودال ها ، استخراج به سمت بالا پیشرفت می کند و در نهایت به سطح می رسد.  فقط سنگ معدنی که ابتدا در زمان ایجاد گودال ها و زیرزمین ها استخراج می شوند باید مته کاری منفجر شود. باقیمانده سنگ معدن زمانی که به سمت پایین حرکت می کنند و به سطح تولید می روند، شکسته می شوند. بدیهی است که مسئله مهم و چالش برانگیز حفظ گودال ها و ایستگاه های ریزش در طول دوره استخراج و ریزش است.