دانلود مقاله مشکلات فنی و اقتصادی روش استخراج روباز

بخشی از مقاله

مشكلات فني و اقتصادي روش استخراج روباز

چكيدة مطالب
معدن سنگ آهك سيمان خزر در استان گيلان و در شمال شرقي شهر لوشان واقع شده است. ابتداي جاده رشت، جادة فرعي به طرف شمال منشعب شده و از مجاورت روستايي به نام تركنشين عبور مي كند. طول اين جاده 5/2 كيلومتر است. معدن مذكور متعلق به شركت سيمان خزر مي باشد و براي رفتن به معدن ابتدا بايد از كارخانه گذشت، پس از ورود به كارخانه براي رهسپار شدن به معدن بايد از كنار تجهيزات كارخانه عبور كنيم و مي توانيم تمام مراحل پخت سيمان را مشاهده كنيم، به ترتيب از انتها يعني سيلوي بارگيري تا ابتدا كه

سنگ شكن اوليه مي باشد عبور كرده و سپس به معدن مي رسيم، معدن سيمان خزر قبلاً شامل 5 بلوك 0 ، I ، II ، III و IV بود كه هم اكنون بلوكهاي II , I و III جايگزين آن شده است. اين سه بلوك جديد بدين ترتيب مي باشد كه بلوك I هنوز رو برداري كامل نشده و استخراج آن در طرح برنامة توسعه سوم مي باشد. بلوك II جديد همان صفر قديمي و بلوك III جديد همان IV قديمي مي باشد. هم اكنون كار استخراج از بلوكهاي II و III صورت مي گيرد.

اين بلوكها به ترتيب از غرب به شرق (امتداد لايه) نامگذاري شده است.
ذخيره قابل برداشت با توجه به حد نهايي برداشت حدود 260 ميليون تن سنگ و جهت دستيابي و استخراج صحيح آن لازمست 73 ميليون تن باطله و خاك جابه جا شود و با توجه به ميزان استخراج ساليانه 000/700 تن، عمر متوسط معدن 45 سال مي باشد. روش استخراج در اين معدن پلكاني، استخراج از بالا به پايين مي باشد، ارتفاع پله ها در اين معدن 10 متر مي باشد و شيب ديواري پله نسبت به قائم 18 درجه و شيب كلي معدن 54 درجه مي باشد. بردن 5/2 متر و فاصله در هر رديف 3 متر، طول چالها 5/11 متر و قطر چالها 76 ميلي متر مي باشد.

دستگاه حفاري معدن دو دستگاه دريل واگن انيگوسلرند و هولمن با سر متة ساچمه اي مي باشد. چالهاي فرعي توسط پرافوراتور حفر مي شوند. كمپرسور تغذيه كننده چالزنها كاترپيلار V.HP750 با تبديل فشار 120 تا 150 بار مي باشد.

عمليات حفاري همة روزهاي هفته انجام مي شود. پس از اتمام عمليات حفاري، چالها توسط مهندس ناظر شمرده شده و به پيمانكار گزارش مي كند. پس از كنترل چال، خرج گذاري مي شود. خرج اصلي آنفو، پرايمر و بوستر ديناميت 122 گرمي مي باشد. در هر چال 4 عدد پرايمر را توسط پيچيدن سيم چاشني به هم وصل نموده و به ته چال مي فرستند. چگالي خرج گذاري به صورت 78/3 كيلوگرم آنفو به ازاي يك متر چال است. پس از خرج گذاري سيم هاي چاشني را به صورت سري به هم وصل مي كنند و پس از اتصال به ماشين آتش كن عمليات انفجار را انجام مي دهند. پس از انفجار، بولدوزرها، بوكهاي خرد شده را به پاي سينه كار بلوك استخراجي هدايت مي كند. بولدوزرهاي معدن شامل يك دستگاه كوماتسو D 155 و ليپهر 751 مي باشد. عمليات بارگيري توسط دو دستگاه لودر كاترپيلار و عمل باربري توسط پنج دستگاه كمپرسي ولو 25 تني مي باشد. تراك ها قبل از تخليه بار در سنگ شكن اوليه بايد به روي باسكول بروند.

تعداد پرسنل معدن 34 نفر كه از اين افراد دو نفر مهندس معدن (مهندس خانلو رياست معدن و مهندس برزگر مهندس ناظر) و بقيه افراد شامل تكنسين، حفار، آتشبار، راننده هاي لودر، بولدوزر و حسابدار و خدمتكار مي باشند.

عمليات معدنكاري هر هفت روز هفته انجام مي شود و معدن داراي دو شيفت كاري هشت ساعته مي باشد، عمليات بارگيري غير از مواقع خرابي سنگ شكن و تعميرات كوره در مواقع ديگر پس از انفجار در حال انجام مي باشد.
حداقل بار تحويلي روزانه تراكها به سنگ شكن كارخانه 2500 تن مي باشد. ضمن اينكه توليد سيمان كارخانه روزانه 2200 تن مي باشد. هم اكنون قسمت اعظم استخراج از بلوك III جديد انجام مي شود.

مقدمه
علت انتخاب موضوع
بطوريكه در سرفصل دروس كارشناسي معدن داريم، و با توجه به دروسي كه دانشجو گذرانده، استخراج معادن سطحي يا Surface Mining مي باشد. اينجانب پس از مشورت با استاد دانشكده آقاي دكتر اورعي و با توجه به اينكه اين معدن بزرگترين و معتبرترين معدن روباز استان مي باشد، با وجود مشكلات فراوان كه در ادامه ذكر خواهد شد، به اين معدن روي آورده و پروژه خود را گذراندم.

علت انتخاب محل
هدف اول و آخر بنده از تاريخي كه دانشجو شدم تا به امروز حداكثر سعي و تلاش در بكارگيري و بهره وري بهينه از امكانات دانشگاه و محيط اطراف بود، براي اينكه به هدف اصلي خودم رسيده و يك كارشناس خبره معدن به خواست خداوند متعال بشوم.

با توجه به اينكه واحد پروژه را در نيمسال اول تحصيلي 84-83 بايد مي گذراندم ضمن اينكه واحدهاي درسي ديگر و مشكل حضور مستمر در كلاسهاي درسي را هم داشتم، بايد اين دورة عملي را داخل استان سپري مي كردم، بنابراين با توجه به تجهيزات كامل و فعاليت مستمر معدن حتي در صورت تعميرات كارخانه، اين معدن را به عنوان مكان پروژه انتخاب نمودم. با توجه به موقعيت مناسب اين معدن در استان گيلان، گرفتن پذيرش در اين معدن بسيار دشوار بوده است ولي با توجه به هدف ذكر شده و تلاش بسيار، اين مهم ميسر گرديد.

1-زمين شناسي
1-1-وضعيت زمين شناسي منطقه
ذخاير سنگ آهك كارخانه سيمان خزر به صورت 5 بلوك استخراجي بوده كه هم اكنون 3 بلوك در حال بهره برداري مي باشد. بلوك هاي مذكور به ترتيب از غرب به شرق به صورت بلوكهاي 0, II , I III , و IV نامگذاري شده اند.

لايه هاي سنگ آهك در اين منطقه از نظر استراتوگرافي از دو بخش تحتاني و فوقاني تشكيل شده اند كه بخش تحتاني شامل سنگ آهك نازك لايه، ضخيم برنگ خاكستري تا كرم با آثاري از لايه ها و كنكرسيون سيليسي مي باشد كه در منطقه مورد مطالعه اين تيپ سنگ آهكها در قسمت زيرين بلوك 0 و كف كارگاه استخراج بلوكهاي II , I بيرونزدگي داشته اند، از نظر سيمان سازي اين تيپ سنگ به نام آهك با درصد سيليس بالا در اين معدن مطرح است كه درصد سيليس بالاي اين تيپ سنگ و آهك بيشتر مربوط به لايه هاي نازك و

كنكرسيونهاي پراكنده چرت سيليسي در بين لايه هاي اين سنگ آهك مي باشد. البته درصد نسبتاً بالاي سيليس در اين آهكها به جهت مارن آن مي باشد. نمونه تيپ يك از اين سنگهاي آهك (بدون دخالت چرت سيليسي) از كارگاه هاي I, II گرفته و در آزمايشگاه كارخانه مورد آناليز شيميايي قرار گرفته اند كه نتايج آن در جدول (1-3) آمده است:

جدول 1-3- تركيب شيميايي سنگ آهك در بلوكهاي I و II
ملاحظات CaCO3 CaO Fe2O3 Al2O3 SiO2 شماره نمونه
سنگ آهك كرم رنگ نازك از بلوك II 0/98 45/34 39/0 58/0 67/1 1
سنگ آهك كرم رنگ دانه درشت فسيل دار نازك لايه بلوك I 75/96 53/54 30/0 42/0 03/1 2

نظر به يكنواختي اين تيپ سنگ آهكها مي توان عنوان نمود كه اين سنگ آهكها در كل منطقه گسترش خود در صورتيكه چرتهاي سيليسي در آنها در هنگام استخراج وارد نشوند، كم و بيش داراي تركيبي مشابه دو نمونه تيپيك بالا مي باشد ولي از آنجاييكه در حين استخراج تفكيك لايه هاي چرت سيليسي موجود در بين آهكها امكان ندارد، لذا عملاً درصد سيليس

سنگ آهك استخراجي بالاتر از مقادير فوق بوده و برحسب تراكم اين لايه ها، درصد سيليس متغير است كه اين موضوع توليد اشكالاتي در يكنواختي سنگ حمل شده از اين بخش نموده اند. بخش فوقاني سنگ آهك سيمان خزر در اين منطقه قسمت اعظم ذخاير سنگ آهك كارخانة سيمان را تشكيل مي دهد، بصورت سنگ آهك ماسيو به رنگ زرد تا صورتي مي باشد كه تشكيل بخش بالايي بلوك هاي I , 0 و II و كل حجم بلوك هاي III و IV را داده است كه از نظر سيمان سازي اين تيپ سنگ آهك به دليل عدم وجود لايه لايه ها و كنكرسيونهاي چرت سيليسي و خلوص بالاي خود بنام آهك تيتر بالا مطرح است.

دو نمونه تيپيك در كارگاههاي استخراج I و II از اين تيپ سنگ آهكي مورد آناليز قرار گرفته اند كه نتايج آن به صورتي است كه در جدول 1-4 ذكر شده است.
جدول 1-4- جدول تركيب شيميايي بكر بلوكهاي I و II
ملاحظات CaCO3 CaO Fe2O3 Al2O3 SiO2 شماره نمونه
سنگ آهك صورتي رنگ ماسيو بلوك II 0/98 14/55 26/0 36/0 93/1 3

سنگ آهك صورتي رنگ ميكريتي ماسيو بلوك I 50/98 96/54 23/0 27/0 52/1 4
قسمت اعظم ذخاير سنگ آهك كارخانه سيمان خزر از اين تيپ سنگ آهكي است كه بدليل يكنواختي ظاهري به نظر مي رسد تركيب شيميايي اين تيپ سنگ آهكها در كل منطقه گسترش خود كم و بيش نظير دو نمونه تيپيك فوق مي باشد. به هر حال جهت مشخص شدن كيفيت ذخاير از هر دو تيپ و تغييرات كيفي آنها در نقاط مختلف بويژه در بلوكهاي استخراج شده، انجام يك نمونه برداري سيستماتيك ضروري است. بر روي لايه هاي سنگ آهك سيمان خزر در بلوكهاي معدني مورد بحث يك واحد سنگي متشكل از تناوب لايه هاي كنگلومرا – مارن – رس – ماسه سنگ و آهك بصورت دگرشيبي قرار گرفته اند كه اين رسوبات مربوط به رسوبات درياچه اي دورة پليوسن – پليوستوسن در اين ناحيه مي باشد. در حال حاضر اين

واحد سنگي كه كليه ارتفاعات و يا قسمتهاي بالاي بلوك ها را تشكيل داده است، بصورت باطله روباره اي در استخراج از بلوك هاي آهكي اشكالاتي ايجاد نموده است. شيب اين لايه ها كم و ماكزيمم تا 6 درجه به طرف شمال شرق است. در بين دره هايي كه بلوك سنگ آهك را از يكديگر جدا مي نمايد بويژه در بلوكهاي I و II و در دامنه بلوكهاي III و IV ذخايري از رس بصورت دپوهاي درون دره ها و دامنه بلوكها را پر نموده اند. اين رسها از نظر توليد سيمان بر مبناي نمونه برداري هاي انجام شده بعنوان كهپوتنت رسي كاسلات قابل استفاده بوده و

قابل بهره برداري مي باشند. بهرحال ادامه بهره برداري از ذخاير سنگ، مستلزم بهره برداري از اين ذخاير رسي كه فعلاً بصورت باطله و روباره در استخراج سنگ آهك اشكالاتي ايجاد نموده است مي باشند. اين ذخاير رس رنگ قهوه اي تيره بوده و مربوط به عهد حاضر زمين شناسي در اين ناحيه مي باشد. يكسري گسلهاي عرضي با امتداد شمال شرق – جنوب غربي و يكسري گسلها طول با امتداد حدودات شمال غربي – جنوب شرقي باعث جابه جايي تكتونيكي در بلوكهاي سنگ آهك شدند.

1-2-مقاطع زمين شناسي معدني
با بهره گيري از نقشه توپوگرافي و زمين شناسي كه شامل سه تيپ با مقياس مي باشد، مقاطع زمين شناسي مناطق مورد نظر را رسم گرديده كه در اين مقاطع 12 روند عمومي لايه ها به چشم مي خورد كه با توجه به شرايط مقاطع، متدهاي استخراجي در نظر گرفته مي شود. در تعيين امتداد محل متقاطع فوق سعي شده است محلها به گونه اي انتخاب گردند كه بتوان موقعيت زيست شناسي، معدني ذخاير سنگ آهك را در ابتداء انتها و وسط هر بلوك در بعد سوم بصورت مشخصي نمايش داده شوند بطوريكه با استفاده از اين مقاطع بتوان دقيقاً شرايط استخراج، وضعيت باطله برداري و ذخيره قابل برداشت و تراز كف كارگاه استخراج و وضعيت شرايط استخراج و حجم باطله و ذخيره قسمتي سنگ آهك در بلوكهاي مختلف اظهار نمود.

• لازم به ذكر است كه در تهيه مقاطع زمين شناسي مورد بحث صرفاً از اطلاعات سطحي بهره گيري شده است؛ براي بالا بردن دقت اين مقاطع لازم است بر روي هر مقطع يك گمانة حفاري مغزه گيري درست در محل حد نهايي پله هاي استخراجي (رسوبات نئوژن) در روي باطلة روباره اي كه به روي هر مقطع مشخص شده است، جهت تعيين كنتاكت باطله و سنگ آهك حفر گردد. بعلاوه جهت مشخص شدن كنتاكت دقيق سنگ آهك و رس نيز لازم است چاله هاي اكتشافي كمر پائين رس حفر گردند و بر مبناي نتايج حاصله از اين حفاريها، مقاطع فوق دقيقاً اصلاح گردند.

محاسبة ذخيره معدني:
پس از حفاري اكتشافي ضروري است تا ذخيرة معدني ارزيابي و تناژ و عيار آن محاسبه شود. فرض بر اين است كه هر يك از مغزه ها مصرف يك بلوك از مادة معدني هستند كه اطراف آن قرار دارند. براي محاسبه راحت تر تناژ و عيار ذخيره، نهشته بايد بلوك بندي گردد، براي اين منظور چند روش وجود دارد كه در ادامه به اين روش ها اشاره خواهد شد:
الف) تقسيم ذخيره معدني هر چاه به بلوكهاي يونيفرم مكعب مستطيلي
ب) ايجاد بلوكهاي مثلثي بين چاهها با اين فرض كه تغييرات عيار و ضخامت بين آنها خطي است.
ج) ايجاد بلوكهاي چند ضلعي

د) ايجاد مقاطع
متداولترين روش محاسبه ذخيره معدني در معادن روباز تهيه مقاطع است كه معمولاً با فواصل 30 تا 180 متر ايجاد مي شوند. در صورتيكه عمق ذخيره كم باشد، اين فواصل كوتاهتر نيز خواهد شد.

1-3- ميزان ذخيرة معدن سيمان خزر:
ذخيره سنگ آهك در محدودة واگذاري به صورت شش بلوك در حاشيه شمال لوشان در فاصلة 100 متري 1000 متري سنگ شكن اوليه كارخانه واقع گرديده است. يكي از بلوكهاي سنگ آهك كه داراي ذخيره قابل توجهي نيز مي باشد، به علت نصب منبع بر روي آن و همچنين احداث تأسيسات در جوار آن فعلاً غير قابل فعال است و در محاسبات ذخيره منظور نمي باشد. حد فاصل بلوكها دره ها و آبراهه هايي هستند كه از نظر توپوگرافي آنها را از يكديگر تفكيك نموده اند بلوكهاي معدني قابل برداشت از غرب به شرق بصورت بلوكهاي 0 , III , II , I و IV نام گذاري شده اند.

ذخيره قابل برداشت با توجه به حد نهايي برداشت مقدار 106×27 تن سنگ آهك مي باشد و جهت دستيابي و استخراج صحيح آن لازمست 105×45 تن باطله و خاك جابه جا شود و همچنين 105×25 تن خاك رس نيز در معدن وجود دارد. كه در تهيه سيمان مورد نظر استفاده مي گردد. با توجه به ميزان استخراج ساليانه 105×6 تن، عمر متوسط معدن 45 سال مي باشد.

فصل دوم

بخش مرتبط با رشته علمي پروژه

2- استخراج معادن سطحي (Surface Mining)
روشهاي استخراج معادن سطحي معمولاً براي استخراج آن دسته از ذخاير معدني بكار برده مي شود كه به طور آشكار در سطح زمين مشاهده مي شود (Exposure) يا آنكه در مجاورت سطح زمين قرار دارند. عمق ماكزيمم ذخيره روش استخراج روباز 150 متر از سطح زمين قرار داشت ولي در سالهاي اخير با پيشرفت تكنولوژي، عرضه ماشين آلات بارگيري و حمل عظيم الجثه با قدرت و ظرفيت بالا و هزينه كمتر در مقابل روشهاي زيرزميني و ايمني بالاتر، اين روش براي معادني كه در اعماق قرار دارند نيز بكار مي رود و توانايي توليد اين روشها بسيار بالاست. انتخاب روش براي استخراج معادن سطحي به شرايط زمين شناسي، توپوگرافي نوع ذخيره معدني، ابعاد فيزيكي ذخيره و شرايط ژئومكانيكي آن دارد.
روشهايي كه براي استخراج معادن سطحي استفاده مي شوند عبارتند از:

الف) استخراج كاواكي (Open-pit mining)
ب) روش سطح برداري (Strip mining) كه خود شامل دو روش سطحي (Area) و كنتوري (Contour) مي باشد.
ج) روش كواري (Quarry mining)
د) روش درج و هيدروليكي (Dredge and Hydrulic mining)
2-1-1- فعاليتهاي اصلي در روش استخراج سطحي:

الف) آماده سازي سطح معدن (Preparing the surface)
ب) حفاري باطله هاي روي مادة معدني (Drilling of over burden)

ج) انفجار باطله هاي روي ماده معدني (Blasting of over burden)
د) بارگيري باطله ها (Loading of waste)
هـ) حمل باطله ها (Hauling of waste)
و) حفاري مادة معدني (Drilling of ore)

ز) انفجار مادة معدني (Blasting of ore)
ح) بارگيري مادة معدني (Loading of ore)
ط) حمل مواد معدني (Hauling of ore)
ك) مرحلة بازسازي (Reclamation)

2-1-طراحي روشهاي استخراج سطحي
پنج پارامتر زير در طراحي معادن سطحي دخالت دارند:

الف) تعيين عيار حد يا حداقل عيار اقتصادي (Cut – of – Grade)
ب) تعيين نسبت استخراج (Stripping Ratio)
ج) شيب معدن (Pit slope)
د) مشخصات پله (Bench characteristics)
هـ) تعيين محدوده معدن در هر افق و در افق نهايي.
2-2- برنامه ريزي در معادن روباز

اطلاعات زمين شناسي، توپوگرافي، ژئومكانيكي و اقتصادي ضروري است تا با برنامه ريزي صحيح و دقيق يك معدن به مرحلة استخراج در آيد. از مجموعه اطلاعات فوق سه نكته بايد مشخص شود عبارتند از:
الف) ميزان توليد مورد نياز در روز، هفته، ماه، سال
ب) حجم سرمايه گذاري
ج) با توجه به كارخانه و محصول نهايي چه عياري بايد استخراج شود.

مبناي آناليز و تحليل و ارائه هر گونه برنامه اي در معدن بايد ماكزيمم سود و منفعت از آن باشد؛ ضمن آنكه به دلايل اجتماعي، سياسي، اقتصادي هميشه همة برنامه ريزي ما براساس ماكزيمم سود ارائه نمي شود بلكه فاكتور مهم ديگري كه همان پارامترهاي طراحي را تشكيل مي دهند (كه در بخش قبلي ذكر گرديد)، در بخش طراحي بحث خواهد شد.
در برنامه ريزي هاي بلند مدت علاوه بر توليد عيار، هزينه يا عامل اقتصادي نيز بايد مورد توجه قرار گيرد.

در بسياري از موارد برنامه ريز معدن نمي تواند به گونه اي برنامه رديف كند تا همة‌ اهداف را تأمين كند اما هميشه سه پارامتر بايد مورد توجه خاص قرار بگيرد و برنامه به گونه اي تنظيم شود كه آن سه هدف توليد، عيار، هزينه برآورده شود.
وقتي كه برنامه ريزي براي يك معدن انجام گرفت بايد به فكر اجراي آن توسط افراد متخصص بود. در بسياري از معادن اجزاء برنامه ها توسط بخش هاي زير صورت مي گيرد:
الف) بخش اداري (Administratione)

ب) بخش مهندسي (Engineering)
ج) بخش عمليات (Operating)
د) تعميرگاه (Maintenance)
برنامه ريزي بخش اداري عبارتست از:
1- تأمين نيروي انساني مورد نياز
2- تأمين هزينه هاي پيش بيني شده در پلان

3- سفارش قطعات يدكي و تنظيم تاريخ دريافت آنها
4- تنظيم و اعلان تعطيلات رسمي
5- سفارش ماشين آلات جديد
وظايف بخش عمليات:‌
1- استخراج مادة‌ معدني و برداشت باطله ها

2- ساخت جاده هاي معدن
3- نصب تجهيزات مورد نياز براي آبكشي
4- تنظيم برنامه آموزش و كاري براي پرسنل
5- آماده سازي پله هاي جديد
2-3- روش استخراج كاواكي (Open pit mining method)

از اين روش براي كانسارهاي توده اي و كانسارهاي عدسي يا رگه اي بسيار ضخيم استعمال مي گردد. به هر حال وسعت و ميزان ذخيره كانسار بايد متوسط تا زياد باشد. شيب لايه معمولاً كم بوده و داراي رخنمون مي باشد.

براي كانسارهاي تقريباً افقي با اين روش كافيست كه فقط باطلة روي آن برداشته شود و پس مادة معدني استخراج گردد. كانسارهايي كه به صورت تپه اي بالاتر از سطح هموار زمين قرار دارد، با روش مخروطي بالارو و ذخيره هايي كه در عمق قرار دارند با روش مخروطي پائين رو استخراج مي گردند؛ در هر دو روش از عمليات حفاري و انفجار استفاده مي شود. در روش روباز ابتدا مواد پوششي برداشته مي شود و با استفاده از سيستم حمل و نقل به محل مناسبي جهت انبار كردن و استفاده مجدد براي بازسازي محيط در انتهاي كار اين سيكل انجام مي شود. عمل باطله برداري و استخراج ماده معدني بايد طبق برنامه بندي خاص استخراج و حفظ ترتيب خاصي صورت گيرد. متداول ترين سيستم بارگيري در معادن روباز شاول

مي باشد و مناسب ترين سيستم بارگيري و حمل و نقل تركيب شاول با كاميون مي باشد. اكسكويتور و لودر از ديگر سيستمهايي هستند كه ممكن است جايگزين شاول شوند. از دريل واگن براي حفاري و از آنفو براي انفجار و بردن حمل و نقل مواد از كاميونهاي 50 تا 220 تني استفاده مي شود. مشخصات پله ها در معادن روباز به شرح زير مي باشد:‌
الف) ارتفاع پله: متوسط ارتفاع پله ها بين 4 تا 20 متر تغيير مي كند بطوريكه در سنگهاي نرم ارتفاع پله 4 تا 6 متر و در سنگهاي نيمه سخت ارتفاع پله بين 6 تا 8 متر و در سنگهاي سخت ارتفاع پله بين 8 تا 20 متر مي باشد.

ب) عرض پله: بين 8 تا 40 متر متغير است. اين حد به اندازه ماشين حفاري، شيوه انفجار، عرض سيستم بارگيري و سيستم حمل و ايمني بستگي دارد. اگر عرض پله كمتر باشد، ميزان باطله برداري كمتر، شيب پله و معدن زيادتر مي شوند و از نظر اقتصادي مقرون به صرفه خواهد بود اما ايمني كاهش مي يابد.

ج) شيب پله: شيب پله معمولاً از شيب كلي معدن زيادتر انتخاب مي شود، زيرا فشار يا بار وارده كمتر بطور كلي سنگها در ارتفاع كم بيشتر مي توانند حالت قائم داشته باشد تا در ارتفاع زياد. شيب پله ها مي تواند تا 90 درجه نيز طراحي شود. اين شيب براي سنگهاي نرم بين 35 تا 55 درجه و متوسط 55 تا 75 و سخت 75 تا 90 درجه مي باشد.
د) شيب معدن: شيب معدن بر اساس نوع و جنس طبقات، شرايط هيدرولوژي، مدت زمان استخراج بين 20 تا 70 درجه تغيير مي كند.

هـ) پله ايمني: پله هاي ايمني در طول ديواره معدن و به منظور پذيرفتن سنگهاي لق و قطعات سنگي كه از پله هاي بالا سقوط مي كنند ايجاد مي شود. فاصله اي كه پله هاي ايمني ايجاد مي شوند به اندازه ماشين بارگيري و شيب دامنه سطح ها دارد، اگر موادي كه شيب پله را تشكيل مي دهند شل و شيب آنها كمتر از 45 درجه باشد در چنين شرايط در صورت وقوع شكست، مواد بجاي سقوط، سُر يا لغزش حاصل خواهند كرد، در اين حالت معمولاً به ازاي هر سه يا چهار پله، يك پله ايمني بجا گذاشته مي شود.

و) رمپ: پله ها در معادن روباز يا بصورت حلزوني يا به صورت افق و بواسطه رمپ به يكديگر مرتبط مي شوند. شيب رمپ ها، پهناي آنها به نوع سيستم حمل و شرايط ژئومكانيكي محل ايجاد رمپ ها بستگي دارد، بايد در محل هايي ايجاد شود كه بعدها استخراج نشوند و از شرايط ژئوتكنيكي خوبي برخوردار باشد و مشكلات آب در محدوده موجود نباشد.
ز) شيب كف معدن: در بسياري از معادن كف معدن را شيب دار مي نمايند تا در فصل بهار كه برفها ذوب مي شوند يا زماني كه ميزان بارندگي از بالاترين رقم خود برخوردار است، دفع آب از كف معدن به آساني صورت گيرد. اين شيب بين 1 تا 2 درصد است تا آبهاي كف پله از سرعت قابل توجه برخوردار شوند و بتوانند بر برآمدگي و فرورفتگي هاي مختصر غلبه نمايند. جهت شيب بايد به گونه اي باشد كه آب از جبهه عمليات دور شود. در بعضي شرايط بجاي آنكه آب از يك سمت به سمت ديگري هدايت نمايند، بر مركز كف معدن هدايت مي شوند، در اين حالت بايد شيب مضاعف ايجاد شود تا آب از جهات مختلف به مركز هدايت و سپس آبكشي صورت پذيرد.

2-4- حفاري در معادن
2-4-1- حفاري در معادن روباز
در معادن روباز معمولاً هدف از حفاري در توده سنگ، احداث چالها جهت خرج گذاري مواد منفجره مي باشد. قطر و عمق چالهاي حفاري تابع عوامل مختلف نظير نوع دستگاه حفاري، ارتفاع پله، ابعاد سنگ شكسته شده، نوع مواد منفجره، مقدار استخراج روزانه عمدتاً مي باشد. حفر چال يا به صورت عمودي يا افقي و يا به صورت شيب دار مي باشد.
الف) چال عمودي به چالهايي اطلاق مي شوند كه از سطح و به طور قائم حفاري مي گردند.

ب) چال افقي به چالهايي اطلاق مي شوند كه از كف پيت و به طور افقي و به طور موازات لايه ها حفاري مي شوند.
ج) چال شيب دار به چالهايي اطلاق مي شوند كه از سطح و به موازات شيب پله حفاري مي شوند.
2-5- مشخصات چال

الف) قطر چال (Hole Diameter)
تابعي از طرح مورد نظر ما جهت انفجار مي باشد. هر چه قطر چال كمتر باشد، حفاري آن راحت تر و هزينة حفر هر چال كمتر مي باشد ولي به صورت كلي هزينه هاي استخراجي با استفاده از چالهايي با قطر بزرگتر كمتر مي باشد. قطر چال به عواملي همچون نوع سنگ، نوع ماده منفجره، ميزان توليد، ايمني و ابعاد مورد نظر سنگ بستگي دارد. هر چه سنگ سخت تر باشد بايد از مواد منفجره اي استفاده كرد كه سرعت تخريب آن بيشتر باشد.
ب) عمق چال (Hole Depth)

عمق چال در حفر تونل هاي زيرزميني محدود و بين 2 تا 5 متر مي باشد و گاه تا 20 متر در روش استخراج طبقه فرعي مي رسد در صورتيكه در معادن روباز عمق چال تابعي از ارتفاع پله و ارتفاع دسترسي ماشين آلات بارگيري معدن دارد و از 12 تا 60 متر حفر مي شود.
ج) جهت، امتداد، شيب امتداد (Hole Direction)
از چالهاي شيب دار در معادن روباز با پله هاي شيب دار يا در انفجارها با الگوي V شكل، زاويه اي، بادبزني، پروانه اي استفاده مي شود، چالها تا حد امكان بايد مستقيم و بدون انحراف حفر شود.

2-6- طراحي پارامترهاي فيزيكي معدن
عوامل متعددي در طراحي پارامترهاي فيزيكي معادن روباز مؤثرند كه اين عوامل عبارتند از: شرايط ژئومكانيكي، زمين شناسي، ميزان ذخيره معدن، ظرفيت توليد، ماشين آلات معدن، بعضي از اين عوامل خارج از كنترل طراحان معدن مي باشند، اما با مطالعه و كسب اطلاع از عوامل ياد شده بايد پارامترها را به گونه اي طراحي نمود تا ضمن تأمين توليد مورد نظر و هزينة كم ايمني و راندمان از حد مطلوب و بالا برخوردار باشد. پارامترهايي كه در اين قسمت به آنها اشاره مي شود عبارتند از:
قطر چال (Qh) ، فاصله مركز اولين رديف چالها تا سطح آزاد (B) ، فاصله طولي دو چال انفجاري (S) ، ارتفاع پله (K) ، طول چال (H) ،‌ طول پودر سنگ يا گل گذاري (St) ، اضافه عمق (V)

2-7- قطر چالها (Hole diameter)
براي تعيين قطر چالها كمتر سعي شده كه رابطه خاصي ارائه شود، بدليل اينكه پارامترهاي متعددي در قطر چال مؤثرند كه عبارتند از: ميزان توليد، نوع ماشين آلات و ميزان دسترسي به آنها، عمق جبهه كار (ارتفاع پله)، نوع و ميزان مواد منفجره، تعداد درزه ها و شيب آنها، ساختار چال انفجاري و كيفيت سنگ. لذا انتخاب قطر چال بيشتر براساس قضاوت طراحان انتخاب خواهد شد.

قطر چال حفاري رابطه نزديكي با ارتفاع و عرض پله دارد و بايد حدوداً بين 5/0 تا 2 درصد ارتفاع پله باشد، در شرايط متعارف براي قطر چال و ارتفاع پله مي توان از رابطه زير استفاده كرد:
K= 90 Qh
K : ارتفاع پله به متر - Qh : قطر چال برحسب متر
جدول 2-1-1- ارتفاع بين قطر چال و ارتفاع پله در معادن روباز
قطر چال به ميلي متر كمترين ارتفاع پله به متر ارتفاع مناسب پله به متر
36-26 5/1 2

40-28 5/3 5/4
41 7/3 8/5
45 4 6
51 6/4 3/7
64 8/5 9/9
75 7/6 8/10
100 9 5/14

البته رابطة ديگري هم در اين زمينه با توجه به توزيع انرژي حاصل وجود دارد كه به صورت زير است:
B = 40 Qh
B : ضخامت بار سنگ به متر Burder
استفاده از چالهاي كم قطر در سنگهاي پر درزه سبب مي شود كه به علت قطر كم، چالها به هم نزديك باشند و عملاً تعداد درزه هاي موجود بين دو چال متوالي كم شود لذا امواج ضربه به هدر نمي رود و در نتيجه سنگهاي درشت كاهش پيدا مي كند و خرد شدگي بيشتر مي شود. اگر در شرايطي حفر چال با قطر كم تجويز شد، بايستي قطر بحراني مادة منفجره را نيز در نظر داشت (مثلاً قطر بحراني آنفو 3 cm)؛ زيرا پس از خرج گذاري، حداكثر قطري كه براي خرج مي توان قائل شد، قطر چال است و لازم است كه از قطر بحراني مادة منفجره بيشتر باشد تا انفجار صحيح صورت پذيرد مخصوصاً اينكه مواد منفجره ژله اي كه قطر بحراني آنها 5/1 cm مي باشد عواملي از قبيل درجه حرارت و فشار محيط روي قطر بحراني آنها بشدت تأثير مي گذارد. براي كارهاي استخراج معدن قطر چال در زمينة‌ وسيعي تغيير مي كند و مقدار آن بسته به عوامل ذكر شده مي تواند از 25 mm تا 700 mm تغيير كند. با انتخاب قطر چال مي توان سر مته و دستگاه چالزني مناسب را از بين ماشين آلات موجود كمپاني سازنده انتخاب نمود.

وقتي كه قطر چال زياد باشد، فاصلة چالها هم يعني B و S نيز زياد خواهد بود كه اين طرح براي زماني مناسب است كه اولاً توليد زياد باشد، ثانياً لوازم بارگيري و حمل و نقل و سنگ شكني بزرگ باشد، ثالثاً خرد شدگي يكنواخت، صافي كف پله، لرزش زمين و هوا در نظر نباشد. توليد ترك و شكاف در كف پله بعدي ناشي از چالهاي قطور است و اگر كف پله يا سطح انتهاي چالها از نظر ايجاد ترك و شكاف مورد شك باشد، بايد در انتخاب قطر چال توجه زياد نمود.

2-8- بار سنگ (Burden)
نزديكترين فاصلة سطح آزاد هنگام انفجار تا محل چال ضخامت بار سنگ (بردن) است كه به عنوان مهمترين و بحراني ترين پارامتر در طراحي انفجار روباز محسوب مي شود. ضخامت بار سنگ در ارتباط مستقيم با ساير عوامل انفجار است و تغييرات آن روي پيامدهاي انفجار بسيار مؤثر است و اگر خطائي در انتخاب آن پيش آيد، اثرش در نتيجه انفجار خيلي بيشتر از ساير پارامترهاست.

اگر ضخامت بارسنگ يا فواصل بين چالها در عرض پله كم در نظر گرفته شود، پرتاب سنگ و لرزش هوا زياد مي شود، سنگ بيش از اندازه خرد شده و سر و صداي زيادي ايجاد مي گردد و عملاً بخش مهمي از ماده منفجره به هدر مي رود. چنانچه ضخامت بارسنگ كم باشد، فاصله بين چالها (S) نيز كم مي شود و اين بدان معناست كه براي خرد كردن يك توده سنگ نياز به حفاري بيشتر داشته و مصرف ماده منفجره بيش از اندازه است. اگر ضخامت بار سنگ بيش از مقدار مورد نياز باشد، مدت زمان حس گازهاي حاصل از انفجار در چال به درازا مي كشد و همين امر موجب فشار آوردن به پشت چال و در نتيجه عقب زدگي زياد مي شود. در اين صورت خرد شدگي كم شده و جلوي پله سكو بوجود آمده و ناصاف مي گردد و لرزش

زمين نيز زياد مي گردد. چنانچه ضخامت بارسنگ خيلي بيش از مقدار صحيح آن باشد، توده سنگ جلو چالها حركت نكرده و انفجار منجر به تشكيل حفر مي گردد كه به همراه آن لرزش زمين و پرتاب سنگ بوجود مي آيد. بطور كلي براي محاسبة ضخامت بارسنگ روابط زيادي توسط محققين ارائه شده است كه مهمترين و پر كاربردترين آن در معادن ايران رابطة لنگفورس (Longefors) مي باشد.
طبق رابطة زير:

SGe = چگالي ماده منفجره – SGr = چگالي سنگ – De = قطر خرج (inch) – B = بردن (Foot)