بخشی از مقاله
چکیده
معدنکاری دیوار بلند یک روش ترکیبی از معدنکاری روباز و زیرزمینی میباشد. این روش معدنکاری زمانیکه معادن روباز زغالسنگ، به دلیل نسبت باطلهبرداری غیر اقتصادی به دیوارهی نهایی خود رسیده باشند، به کار گرفته میشود و امکان بازیابی باقیمانده ذخیره را فراهم میآورد. این روش معدنکاری شامل حفر یک سری راهروهای موازی درون لایه زغال به صورت کنترل از راه دور است که توسط پایههای وب از یکدیگر جدا میشوند.
همچنین پهنههای گوناگون این روش معدنکاری به وسیله پایههای حائل از یکدیگر جدا میشوند. مهمترین مسائل کنترل زمین در این روش معدنکاری، پایداری دیواره بلند، پایداری دهانهی راهروها و پایداری پایهها میباشند. در این میان، پایداری پایهها یک مسئلهی بحرانی به منظور اجرای ایمنی عملیات معدنکاری میباشد. در این مقاله کلیهی مسائل کنترل زمین در معدنکاری دیوار بلند مورد بررسی قرار میگیرد. اما، تمرکز اصلی بر طراحی و پایداری پایهها میباشد چرا که طراحی پایه یکی از مسائل بسیار مهم در علم مکانیک سنگ میباشد. بنابراین روش طراحی پایههای وب و حائل مورد بررسی قرار میگیرد و در انتها مثالی کاربردی به منظور طراحی پایهها ارائه خواهد شد.
-1 مقدمه
معدنکاری دیوار بلند1 یک روش ترکیبی از معدنکاری سطحی و زیرزمینی میباشد که به منظور استخراج زغالسنگ باقیمانده از معادن سطحی که به دیوارهی نهایی خود رسیدهاند، به کار گرفته میشود .[1] در اصل این روش معدنکاری در دههی 1940 در کشور آمریکا به منظور استخراج باقیماندهی ذخایر زغال از رخنمونهای معدنکاری نواری2 توسعه یافت. در اصل، روش معدنکاری دیوار بلند در زیر دیوارهی حاصل از معدنکاری سطحی که به حد اقتصادی خود رسیده است، انجام میشود. در این معادن ادامه استخراج زغال به صورت سطحی به دلیل نسبت باطلهبرداری بالا غیر اقتصادی است.
روش معدنکاری دیوار بلند شامل حفر یک سری راهرو موازی درون لایهی زغال و جایگذاری پایههای کوچک بین این راهروها به منظور جلوگیری از ریزش سنگ روباره است. راهروها به صورت کنترل از راه دور حفاری میشوند و برای حفر آنها میتوان از دو سیستم به نامهای معدنکاری دیوار بلند پیوسته3 - شکل - 1 و یا معدنکاری با اوگر4 - شکل - 2 بهره گرفت. در معدنکاری دیوار بلند پیوسته راهروها به شکل مستطیلی توسط ماشین استخراج پیوسته5 با عرضمعمولاً بین 2/7 تا 3/7 متر حفر میشوند در حالی که در معدنکاری با اوگر، راهرو به شکل دایرهای، توسط متهایی به شکل مارپیچ، عموماً با قطر 1/5 تا 1/8 متر، حفاری میشوند
در روش استخراج با اوگر عمق نفوذ - پیشروی - در راهرو در حدود 200 متر و میزان تولید در ماه در حدود 60,000 تن میباشد. در حالیکه در روش معدنکاری دیوار بلند پیوسته، توانایی پیشروی به طول 500 متر و تولید ماهیانه 124,000 تن وجود دارد .[3] به دلیل طول نفوذ بیشتر و همچنین میزان تولید بالاتر، استفاده از روش معدنکاری دیوار بلند پیوسته نسبت به استخراج با اوگر مرسومتر است. از این رو تمرکز این مقاله بر روی روش معدنکاری دیوار بلند پیوسته میباشد و در ادامه هر کجا که از واژهی معدنکاری دیوار بلند استفاده شد، مفهوم نوع پیوسته میباشد.
شکل :1 نمایی از معدنکاری دیوار بلند پیوسته
شکل :2 نمایی از معدنکاری دیوار بلند با اوگر
معدنکاری دیوار بلند در مقایسه با روشهای مرسوم معدنکاری زیرزمینی و سطحی دارای مزایای زیر است: - 1 - انعطاف پذیری و تحرک بالا که منجر به استخراج راحتتر زغال با بازیابی بالا میشود، - 2 - از نظر هزینهها قابل رقابت با سایر روشها است، چرا که به نیروی انسانی کمتری نیاز دارد 3 - تا 7 پرسنل کاری - و همچنین نیاز به نصب میلمهار در سقف راهروها نیست، - 3 - هزینهی سرمایهگذاری کمتر از معدنکاری زیرزمینی می-باشد و متوسط ظرفیت تولید بیش از 1,000,000 تن در سال است، - 4 - ایمنی بالا، زیرا در این روش، معدنکار خارج از راهروها فعالیت میکند و در معرض حوادث خطرناک، مانند ریزشهای سقف و دیواره، آتشسوزی معدن و گرد و غبار قرار نمیگیرد، - 5 - اثرات مخرب زیست محیطی کمتری نسبت به معدنکاری سطحی دارد و - 6 - استخراج لایههای نازک زغال - لایه با ضخامت کمتر از 1 متر - که با استفاده از سایر روشها غیر قابل استخراج است.
امروزه، استفاده از این روش معدنکاری برای استخراج لایهی زغال باقیمانده از معدنکاری سطحی، با ضخامت 0/8 تا 4/8 متر و شیب حداکثر 8 درجه مناسب میباشد .[1] همانگونهکه بیان شد این روش اولین بار در آمریکا ابداع شد. به گونهای که طبق آمار در حدود 4 درصد از کل زغال تولیدی این کشور با استفاده از روش معدنکاری دیوار بلند حاصل میشود. طی سالیان اخیر استفاده از این روش در سایر کشورها مانند استرالیا، آفریقای جنوبی، هند، کلمبیا، نیوزلند، تایلند و اندونزی رشد چشمگیری داشته است.
یکی از جنبه های مهم عملیاتی در معدنکاری زغال، تأمین پایداری و کنترل زمین است. با توجه به توضیحات ارائه شده در بالا میتوان مهمترین مسائل کنترل زمین - پایداری - در روش معدنکاری دیوار بلند را به 3 دسته زیر تقسیم بندی کرد 4]، 5، - 1 - :[6 پایداری دیواره، - 2 - پایداری پایهها و - 3 - پایداری دهانهی راهروها. که در این میان پایداری پایهها و طراحی صحیح آنها نقش قابل ملاحظهای بر پایداری سراسری معدن و ایمنی عملیات معدنکاری دارد. هدف از ارائهی این مقاله، این است که تمامی این مسائل پایداری مورد بررسی قرار گیرد. البته تمرکز اصلی بر روی پایداری پایهها میباشد و روشهای طراحی آنها مورد بحث و بررسی قرار میگیرد و در پایان یک مثال کاربردی برای طراحی پایهها در روش معدنکاری دیوار بلند ارائه خواهد شد.
-2 پایداری دیواره
روش معدنکاری دیواربلند در زیر دیوارهی حاصل از معدنکاری سطحی که به حد اقتصادی خود رسیده است، انجام میشود. از اینرو پایداری دیواره به منظور اطمینان از ایمنی پرسنل و تجهیزات ضروری به نظر میرسد. اغلب دیوارهی نهایی ارتفاعی بین 40 تا 60 متر و شیبی بیش از 70 درجه دارد. ناپایداری دیواره اغلب میتواند در اثر وجود جریان آب، هوازدگی، لرزش ناشی از معدنکاری، وجود ساختارهای طبیعی زمین شناسی، مانند صفحات لایه بندی، گسلها، درزهها و یا سنگهای سست و معلّق به دیواره که در اثر آتشباری دیواره حادث شدهاند، رخ دهد.
شن و دانکن فاما1 ناپایداریهای دیواره را بر اساس بزرگی به سه دستهی زیر تقسیم کردهاند - 1 - :[4] ناپایداری تودهای:2 جابجایی عمیق و بزرگ دیواره در اثر نشست یا حرکت گسلهای بزرگ، - 2 - ناپایداری سطحی:3 شکست سطحی دیواره به دلیل آتشباری کنترل شدهی ناقص یا وجود درزههای موازی با دیواره و - 3 - ناپایداری بلوکی:4 ریزشهای موضعی - محلی - بلوکها یا گوههای سنگی از دیواره در ابعاد گوناگون.
سیستم معدنکاری دیوار بلند دارای یک سپر محافظ در بالای ماشین حفار5 به منظور حفظ ایمنی محیط کاری میباشد، که منجر به کاهش آسیب و جراحات وارده به پرسنل کاری و تجهیزات میشود. متأسفانه این سپر تنها قادر است در برابر ناپایداریهای سطحی و ناپایداریهای بلوکی با ابعاد کوچک مقاومت کند و در زمان ناپایداریهای بلوکی بزرگ و ناپایداریهای تودهای کارایی ندارد.
از اینرو بررسی دقیق دیواره و شناسایی منابع خطر پیش از شروع معدنکاری امری ضروری میباشد تا بتوان با اجرای اقدامات پیشگیرانه و محافظتی، اثرات مخرب این ناپایداریها را به حداقل رساند. از جمله این اقدامات میتوان به رفتارنگاری و ثبت جابجایی در دیواره، آتشباری مجدد دیواره به منظور بهبود شرایط و ایجاد یک فاصلهی ایمن از دیواره و کاهش شیب دیواره به حدود 70 تا 80 درجه اشاره کرد. همچنین بررسی دیواره باید حین معدنکاری دیوار بلند به دقت انجام گیرد چرا که حفر راهروها و جایگذاری پایهها نقش قابل ملاحظهای بر پایداری دیواره دارد. طراحی نامناسب پایهها میتواند منجر به شکست آنها و در نهایت ناپایداری دیواره به شکل تودهای شود. از اینرو طراحی پایه و پایداری آن پارامتری اثرگذار بر پایداری دیواره است.
-3 پایداری دهانهی راهروها
پارامتر مهم دیگر در پایداری معادن دیوار بلند پایداری راهروها میباشد. این راهروها به صورت کنترل از راه دور حفاری و هیچ سیستم نگهداری در آنها به کار برده نمیشود.
