Արդյունաբերական հանքանյութերի հորատման և արդյունահանման մեթոդներ
Արդյունաբերական հանքանյութերը հանքանյութերի խումբ են, որոնք հիմնականում օգտագործվում են իրենց ֆիզիկական և քիմիական հատկությունների, այլ ոչ թե մետաղական պարունակության համար: Օրինակներ են կրաքարը, դոլոմիտը, գիպսը, կաոլինը, քվարցային ավազը, դաշտային սպաթը, բենտոնիտը, զեոլիտը, ֆոսֆատը, տալկը և աղը: Այս հանքանյութերը կազմում են բազմաթիվ արդյունաբերությունների հիմքը՝ ցեմենտի և շինարարության, ապակու և կերամիկայի, պարարտանյութերի, թղթի, ներկերի, դեղագործության և նույնիսկ պլաստմասսայի և ռետինի մեջ լցանյութերի: Քանի որ արդյունաբերական հանքանյութերի հանքավայրերի բնութագրերը լայնորեն տարբերվում են՝ մակերեսին մոտ գտնվող հանքավայրերից մինչև զգալի խորության վրա գտնվող հանքավայրեր, ընտրված հորատման և արդյունահանման մեթոդները պետք է հարմարեցվեն երկրաբանությանը, հանքանյութերի որակին, շերտի հաստությանը, հիդրոերկրաբանական պայմաններին, ինչպես նաև նպատակային արտադրանքի չափին ու մաքրությանը:
Հորատման դերը արդյունաբերական հանքարդյունաբերության մեջ
Արդյունաբերական հանքանյութերի համատեքստում հորատումն ունի երկու հիմնական նպատակ՝ (1) հետախուզում՝ հանքավայրերի ձևը, հաստությունը, բաշխումը, տեսակարար կշիռը/մաքրությունը և որակի տատանումները որոշելու համար, և (2) արտադրություն, այսինքն՝ հորատում՝ պայթեցման կամ արդյունահանման ընթացքում որակի վերահսկման նմուշառման համար: Արդյունաբերական հանքանյութերում որակի ասպեկտները հաճախ ավելի զգայուն են, քան «տեսականին», ինչպես մետաղների դեպքում: Օրինակ՝ քվարցային ավազի SiO₂ պարունակությունը, կրաքարի CaCO₃ պարունակությունը, կաոլինի պայծառության մակարդակը կամ Fe₂O₃ խառնուրդների պարունակությունը, որոնք կարող են նվազեցնել արտադրանքի որակը:
Ընդհանուր հետախուզական հորատման մեթոդներ
1. Հորատման պտուտակ (պտուտակային հորատում)
Այս մեթոդը արդյունավետ է մակերեսին մոտ գտնվող մակերեսային նստվածքների համար, ինչպիսիք են կավը, ավազը, լատերիտը կամ կաոլինը: Դրա առավելություններն են համեմատաբար ցածր գինը և արագությունը, սակայն խորությունը սահմանափակ է, և նմուշի որակը կարող է վտանգվել, եթե նյութը շատ թույլ է կամ ջրով հագեցած:
2. Պտտվող հորատում
Պտտվող հորատումը լայնորեն կիրառվում է նստվածքային կազմավորումների և պակաս կարծր ապարների համար: Որոշ դեպքերում, պտտվող հորատումը կարող է հագեցած լինել օդի կամ ցեխի շրջանառության համակարգով՝ կտորները բարձրացնելու համար: Այս մեթոդը արագ է, բայց կտորների նմուշները, որպես կանոն, պակաս ներկայացուցչական են մանրամասն որակի վերլուծության համար, քան հորատման միջուկը:
3. Ալմաստե միջուկով հորատում
Սա ամբողջական ապարի միջուկի նմուշներ ստանալու չափանիշն է, որը կարևոր է բարձրորակ կրաքարի, դոլոմիտի, գիպսի կամ այլ արդյունաբերական ապարների համար, որոնք պահանջում են կառուցվածքի, կոտրվածքների, շերտի հաստության և լիթոլոգիական տատանումների բնութագրում: Արժեքն ավելի բարձր է, բայց ստացված տվյալներն ավելի ամբողջական և ճշգրիտ են:
4. Հակադարձ շրջանառության (ՀՇ) հորատում
RC-ն ստանում է ավելի մաքուր և համեմատաբար ավելի ներկայացուցչական թերթաքարային նմուշներ, քան ավանդական պտտվող մեթոդը, քանի որ հակադարձ շրջանառությունը նպաստում է միջշերտային աղտոտվածության նվազեցմանը: Այս մեթոդը հարմար է տարասեռ հանքավայրերի արագ որակի քարտեզագրման համար:
Հորատման ծրագրի նախագծում և որակի վերահսկում
Արդյունաբերական հանքանյութերում հորատման գլխիկների միջև հեռավորությունը հաճախ որոշվում է նրանով, թե որքան արագ է փոխվում որակը կողմնային և ուղղահայաց ուղղությամբ: Միատարր հանքավայրերի համար կարող են օգտագործվել ավելի լայն հեռավորություններ, մինչդեռ շերտավոր կամ խառնուրդներով հարուստ հանքավայրերի համար անհրաժեշտ է ավելի մոտ հորատում: Հորատման տվյալները սովորաբար լրացվում են լաբորատոր փորձարկումներով. XRF/XRD՝ հանքանյութի կազմի համար, հատիկի չափի վերլուծություն, պայծառության/սպիտակության ստուգում, խոնավության պարունակության ստուգում և ֆիզիկական հատկությունների ստուգում (օրինակ՝ սիլիցիումային ավազի հղկողականություն): Արդյունքները օգտագործվում են երկրաբանական և որակի մոդելներ ստեղծելու համար, որոնք հիմք են հանդիսանում հանքարդյունաբերության պլանավորման և խառնման համար:
Արդյունաբերական հանքանյութերի արդյունահանման մեթոդներ
Ընդհանուր առմամբ, արդյունաբերական հանքանյութերի արդյունահանման մեթոդները բաժանվում են մակերեսային արդյունահանման, ստորգետնյա արդյունահանման և մասնագիտացված մեթոդների, ինչպիսիք են փորումը կամ լուծույթի արդյունահանումը: Մեթոդի ընտրությունը որոշվում է հանքավայրի խորությամբ, շերտի հաստությամբ, ապամոնտաժման հարաբերակցությամբ, շրջակա միջավայրի պայմաններով և արտադրական հզորությունների նպատակներով:
1) Բաց հանքարդյունաբերություն (քարհանք)
Բաց հանքարդյունաբերությունը արդյունաբերական հանքանյութերի ամենատարածված մեթոդն է, քանի որ շատ հանքավայրեր գտնվում են մակերեսին մոտ: Կրաքարի, դոլոմիտի, անդեզիտի, գրանիտի կամ գիպսի նման ապարների համար հաճախ օգտագործվում է «քարհանք» տերմինը:
Բաց հանքարդյունաբերության ընդհանուր փուլերը
– Հողերի մաքրում և ավելորդ ածխի հեռացում՝ օգտագործելով էքսկավատորներ, բուլդոզերներ և ինքնաթափ մեքենաներ։
– Լանջի կայունության և անվտանգության համար նստարանների ձևավորում։
– Ապարի կոտրում պայթեցմամբ կամ առանց պայթեցման (մեխանիկական կտրում/պատռում), կախված ապարի կարծրությունից։
– Բեռնում և տեղափոխում ջարդիչ կայան կամ պահեստ։
– Սկզբնական մշակում, ինչպիսիք են մանրացումը, մաղումը, լվացումը և խառնումը:
Հորատման և պայթեցման աշխատանքներ քարհանքում
Կարծր ապարներում պայթեցման հորատումը կատարվում է վերին մուրճով կամ անցքի ներքևի (DTH) հորատիչով: Պայթեցման նախագծումը (բեռը, հեռավորությունը, ցողունը և լիցքը) պետք է հաշվի առնի.
– Ցանկալի մասնատում՝ ջարդիչի հզորությանը համապատասխանելու և ջարդման ծախսերը նվազեցնելու համար։
– Վերահսկեք թրթռումները, հատկապես բնակելի տարածքների մոտ։
– Նվազագույնի հասցնել գերբաշխումը՝ մակարդակների որակը և կայունությունը պահպանելու համար։
Որոշակի արդյունաբերական հանքանյութերի դեպքում պայթեցման աշխատանքները կարող են սահմանափակվել, քանի որ դրանք կարող են աղտոտում առաջացնել, ավելորդ մանրացված քարեր առաջացնել կամ որակը նվազեցնել (օրինակ՝ չափագրական քար կամ որոշ կրաքարային տեսակներ, որոնք պահանջում են որոշակի չափսեր): Նման իրավիճակներում կիրառվում է պեղում մեծ բուլդոզերներով կամ մակերեսային հանքագործներով:
Այլընտրանքային սարքավորումներ՝ մակերեսային հանքագործ
Մակերեսային հանքագործները մեխանիկորեն կտրում են ապարը՝ առանց պայթեցման արտադրելով ավելի միատարր չափի նյութ։ Առավելությունները՝
– բարձր ընտրողականություն (հեշտությամբ տարբերակվում են որակյալ շերտերը),
- ցածր թրթռում,
– հորատման-պայթեցման անհրաժեշտության նվազում։
Սակայն, սարքավորումների և սպասարկման ծախսերը կարող են ավելի բարձր լինել և պակաս արդյունավետ լինել որոշակի ամրության ապարների վրա։
2) Ստորգետնյա հանքարդյունաբերություն
Ստորգետնյա հանքարդյունաբերությունը նախընտրելի է, երբ հանքավայրերը գտնվում են մակերևույթից խորը, ծածկույթը չափազանց խիտ է կամ մակերեսը զգայուն է (օրինակ՝ բնակելի տարածքներ, պահպանվող տարածքներ կամ դժվար բացվող արտադրողական հողեր): Արդյունաբերական հանքանյութերում ստորգետնյա հանքարդյունաբերությունը տարածված է քարաղի, որոշ գիպսի հանքավայրերի, կալիումի կամ բարձրորակ կրաքարի համար:
Ստորգետնյա հանքարդյունաբերության տարածված մեթոդներ
1. Սենյակ և սյուն
Լայնորեն օգտագործվում է համեմատաբար հարթ նստվածքային հանքավայրերի համար, ինչպիսիք են աղը, գիպսը և կրաքարը, սյուները թողնվում են տանիքը պահելու համար: Այս մեթոդը արդյունավետ է, բայց երկրաբանական պլանավորումը կարևոր է՝ ապահովելու համար, որ սյուները բավականաչափ ամուր լինեն՝ փլուզումը կանխելու համար:
2. Կտրեք և լցրեք
Հարմար է ոչ միատարր կամ ընտրողականություն պահանջող բարձրորակ հանքավայրերի համար: Հանքաքարի արդյունահանումից հետո խցիկը լցվում է կայունությունը պահպանելու համար:
3. Ենթամակարդակի կանգառ (որոշակի պայմաններում)
Ավելի տարածված է մետաղական հանքաքարերում, բայց կարող է կիրառվել այնտեղ, որտեղ հանքավայրի երկրաչափությունը բարենպաստ է, իսկ արտադրության պահանջները՝ բարձր։
Հորատում ստորգետնյա հանքերում
Հորատումը սովորաբար ներառում է հսկայական հորատիչ՝ պայթեցման կամ ապարների ամրացման անցքեր ստեղծելու համար: Աղտոտման նկատմամբ զգայուն արդյունաբերական հանքանյութերի համար կարևոր են փոշու վերահսկումը, օդափոխությունը և կարգուկանոնի պահպանման ընթացակարգերը:
3) Հողափորում և արդյունաբերական պլացերի հանքարդյունաբերություն
Հին գետերում, լողափերում կամ լճերում հայտնաբերված ավազի և խճաքարի (ագրեգատ), քվարցային ավազի կամ որոշակի ծանր հանքանյութերի հանքավայրերի համար կարող են օգտագործվել հողահանման մեթոդներ: Կան երկու հիմնական տեսակներ՝
– Կտրող ներծծող հողափոր. կտրում է նյութը և ներծծում շաղախը։
– Դույլ/շղթայով հողափոր. օգտագործում է դույլային շղթա։
Հողափորման առավելություններից են ջրով հագեցած հանքավայրերի արդյունավետությունը և մակաբացման գործողությունների կրճատումը: Մարտահրավերներից են պղտորության կառավարումը, ափերի կայունությունը և պոչամբարների պահեստավորման տարածքների անհրաժեշտությունը:
4) Աղի և որոշ լուծվող հանքանյութերի լուծույթային արդյունահանում
Լուծույթի արդյունահանումը ներառում է ջրի ներարկում՝ հանքանյութերը (օրինակ՝ հալիտ/աղ) լուծելու համար, այնուհետև լուծույթը մղել մակերես՝ գոլորշիացման կամ մշակման համար: Այս մեթոդը նվազագույնի է հասցնում ֆիզիկական փորումը, բայց պահանջում է խիստ վերահսկողություն հետևյալի նկատմամբ.
– լուծարման ուղղությունը և ծավալը (քարանձավային հսկողություն),
– փլուզման (սուզման) ռիսկ,
- ջրի և թափոնների կառավարում։
Մեթոդի ընտրության որոշիչ գործոններ
1. Հանքավայրերի երկրաչափությունը և խորությունը
Մակերեսային հանքավայրերը հակված են տնտեսապես շահավետ արդյունահանման բաց եղանակով, իսկ խորը հանքավայրերն ավելի հարմար են ստորգետնյա կամ լուծույթային արդյունահանման համար։
2. Որակ և բազմազանություն
Արդյունաբերական հանքանյութերը հաճախ պահանջում են բարձր ընտրողականություն և խառնում: Շերտերի բաժանման հնարավորություն տվող մեթոդները (ընտրողական արդյունահանում) հաճախ ավելի շահավետ են:
3. Ժայռերի ֆիզիկական հատկությունները
Կարծրությունը, հղկողությունը, կոտրման և եղանակային պայմանների ազդեցության աստիճանը որոշում են՝ պայթեցման, պատռման, թե կտրման անհրաժեշտությունը։
4. Հիդրոերկրաբանական պայմաններ
Ստորգետնյա ջրերի բարձր մակարդակը պահանջում է ջրազրկում կամ խոնավ պայմաններին համատեղելի մեթոդի ընտրություն (օրինակ՝ հողահանում):
5. Շրջակա միջավայր և սոցիալական
Փոշին, աղմուկը, պայթեցման թրթռումը, ջրի օգտագործումը և հողերի վերականգնումը կարևորագույն նկատառումներ են։
Penutup
Արդյունաբերական հանքանյութերի հորատման և արդյունահանման մեթոդները համընդհանուր չեն, քանի որ հիմնական նպատակը պարզապես «հնարավորինս շատ վերցնելը» չէ, այլ կայուն որակի և ծախսարդյունավետության ենթարկված նյութ արտադրելը: Հորատումը կարևոր դեր է խաղում հետախուզումից մինչև արտադրության վերահսկողություն՝ օգնելով քարտեզագրել որակի տատանումները՝ օպտիմալ արդյունահանման և խառնուրդի պլանավորման համար: Միևնույն ժամանակ, բաց հանքարդյունաբերությունը մնում է գերիշխող ընտրությունը շատ արդյունաբերական հանքանյութերի համար, որին հաջորդում են ստորգետնյա, փորման և լուծույթային արդյունահանման մեթոդները՝ կախված հանքավայրի բնութագրերից: Ճիշտ մեթոդի ընտրության, անվտանգության պրակտիկայի և շրջակա միջավայրի կառավարման միջոցով արդյունաբերական հանքանյութերը կարող են կայուն կերպով արտադրվել՝ ժամանակակից ենթակառուցվածքների և արդյունաբերության կարիքները բավարարելու համար:
