آشنایی با انواع روش‌های استخراج معدن روباز

این روش‌ها که عمدتاً برای ذخایر نزدیک به سطح زمین استفاده می‌شوند، بیش از 80 درصد فعالیت‌های معدنی سطحی در ایران را شامل می‌شوند. معادن روباز به دلیل هزینه‌های کمتر و دسترسی آسان‌تر، بهره‌وری بالاتری نسبت به معادن زیرزمینی دارند.

در ایران، معادن فلزی مانند سنگ‌آهن و مس با ذخایر توده‌ای و عیار متوسط، اغلب به روش روباز استخراج می‌شوند. این نوع استخراج معمولاً با استفاده از سیستم بارگیری شاول، حمل با کامیون و عملیات انفجار انجام می‌شود. شناخت روش‌های مختلف استخراج روباز برای متخصصان، مدیران و سرمایه‌گذاران صنعت معدن ضروری است.

روش پله‌ای (بنچینگ)

روش پله‌ای یا بنچینگ متداول‌ترین روش استخراج در معادن روباز ایران است. این روش برای معادن فلزی مانند بزرگترین معادن روباز ایران کاربرد فراوانی دارد. در این روش، استخراج با ایجاد پله‌های افقی و عمودی انجام می‌شود که به تدریج عمق معدن را افزایش می‌دهند.

فرایند استخراج به روش پله‌ای

در روش پله‌ای، عملیات استخراج با آماده‌سازی و باطله‌برداری آغاز می‌شود. ابتدا لایه‌های سطحی خاک و سنگ فاقد ارزش اقتصادی (باطله) برداشته می‌شوند. پس از آن با استفاده از تجهیزات حفاری معدن چال‌ها حفر شده و سپس عملیات انفجار برای خرد کردن سنگ انجام می‌شود. ماده معدنی خرد شده توسط شاول‌ها یا لودرها بارگیری شده و با کامیون‌های معدنی به کارخانه فرآوری منتقل می‌شود. در نهایت، مواد معدنی در کارخانه با استفاده از تجهیزات خردایش معادن روباز خرد و فرآوری می‌شوند.

استفاده از روش پله‌ای مزایای متعددی دارد. این روش امکان استخراج توده‌های بزرگ معدنی را فراهم می‌کند و بازیابی بالایی (بیش از 90 درصد) دارد. همچنین استفاده از ماشین‌آلات بزرگ باعث افزایش بهره‌وری می‌شود. نظارت و کنترل عملیات استخراج در این روش آسان‌تر است و ایمنی بالاتری نسبت به روش‌های زیرزمینی دارد.

البته این روش معایبی نیز دارد. محدودیت عمق استخراج (وابسته به نسبت باطله‌برداری)، تأثیرات زیست‌محیطی گسترده‌تر، هزینه‌های بالای آتشباری (30 تا 40 درصد از کل هزینه‌های عملیاتی) و تأثیرپذیری از شرایط جوی از جمله چالش‌های این روش هستند.

روش کواری (سنگبری)

روش کواری یا سنگبری بیشتر برای استخراج مصالح ساختمانی مانند سنگ‌آهک، گرانیت، ماسه‌سنگ و سنگ‌های تزئینی استفاده می‌شود. برخلاف روش پله‌ای، در کواری معمولاً نیازی به حفاری‌های عمیق نیست و استخراج به صورت افقی پیش می‌رود.

روش کواری دارای ویژگی‌های خاصی است. در این روش استخراج افقی به جای عمودی انجام می‌شود و برش‌های دقیق برای سنگ‌های ساختمانی و تزئینی مورد استفاده قرار می‌گیرد. استفاده از مواد منفجره در این روش محدودتر است تا یکپارچگی سنگ حفظ شود. همچنین از اره‌های سیمی الماسه برای برش‌های دقیق استفاده می‌شود و فاصله حمل و نقل نیز کمتر است.

روش کواری در ایران برای استخراج سنگ‌های ساختمانی (مرمر، گرانیت، تراورتن)، سنگ‌آهک برای صنایع سیمان، شن و ماسه برای ساخت و ساز و سنگ‌های تزئینی صادراتی استفاده می‌شود. این روش به دلیل حفظ کیفیت و یکپارچگی سنگ، برای صنایعی که به ابعاد و شکل دقیق سنگ نیاز دارند، مناسب‌تر است.

روش‌های نواری (استریپینگ)

استخراج نواری روشی است که بیشتر برای معادن رسوبی لایه‌ای مانند زغال‌سنگ، پتاس و برخی کانی‌های صنعتی استفاده می‌شود. در این روش، باطله‌برداری و استخراج به صورت نوارهای موازی انجام می‌شود.

مراحل استخراج به روش نواری شامل برداشت خاک سطحی و ذخیره آن برای بازسازی بعدی، باطله‌برداری نوار اول و دسترسی به ماده معدنی، استخراج ماده معدنی از نوار اول، انتقال باطله نوار دوم به فضای خالی نوار اول، استخراج ماده معدنی از نوار دوم و تکرار این فرایند برای نوارهای بعدی است.

روش نواری مزایای متعددی دارد. این روش امکان بازگرداندن سریع‌تر زمین به حالت اولیه را فراهم می‌کند. همچنین هزینه‌های حمل باطله با انتقال به نوار قبلی کاهش می‌یابد. این روش برای ذخایر لایه‌ای کم عمق مناسب است و امکان استفاده از تجهیزات بزرگ مانند دراگلاین را فراهم می‌کند.

این روش در ایران در معادن زغال‌سنگ البرز شرقی و برخی معادن مواد معدنی صنعتی استفاده می‌شود، اما گسترش آن به دلیل محدودیت‌های توپوگرافی کمتر است.

مقایسه روش‌های استخراج روباز و زیرزمینی

مقایسه روش‌های استخراج روباز با زیرزمینی می‌تواند دیدگاه بهتری نسبت به مزایا و کاربردهای هر روش ارائه دهد. این مقایسه از جنبه‌های مختلف انجام می‌شود:

در ایران به دلیل هزینه‌های پایین‌تر و دسترسی آسان‌تر به تجهیزات، معادن روباز محبوبیت بیشتری دارند، اما با افزایش عمق معادن و محدودیت‌های زیست‌محیطی، روند تلفیق روش‌های روباز و زیرزمینی در برخی معادن آغاز شده است.

چالش‌های زیست‌محیطی معادن روباز

استخراج معادن روباز با چالش‌های زیست‌محیطی متعددی همراه است که باید در برنامه‌ریزی و مدیریت معدن مورد توجه قرار گیرند. یکی از مهمترین این چالش‌ها آلودگی هوا و گرد و غبار است. معادن روباز در ایران سالانه حدود 2.4 میلیون تن گرد و غبار تولید می‌کنند. منابع اصلی این آلودگی شامل عملیات انفجار، تردد ماشین‌آلات سنگین در جاده‌های خاکی، خردایش سنگ‌ها و انباشت باطله‌ها است. برای کاهش این آلودگی‌ها، راهکارهایی مانند آب پاشی مسیرها، استفاده از مواد تثبیت‌کننده، و سیستم‌های جمع‌آوری گرد و غبار در تجهیزات خردایش استفاده می‌شود.

آلودگی آب نیز از چالش‌های مهم دیگر است. مطالعات نشان می‌دهد در 65 درصد معادن روباز ایران، آلودگی آب‌های زیرزمینی با فلزات سنگین مشاهده می‌شود. این آلودگی می‌تواند ناشی از نشت اسیدی معدن (AMD)، پساب کارخانه‌های فرآوری و نفوذ آلاینده‌ها از سدهای باطله باشد.

تخریب پوشش گیاهی و اکوسیستم از دیگر چالش‌های زیست‌محیطی است. معادن روباز فعال در ایران سالانه حدود 12,000 هکتار پوشش گیاهی را تخریب می‌کنند. این مسئله به‌ویژه در مناطق کوهستانی و جنگلی شمال و غرب کشور چالش‌برانگیز است.

برای کاهش اثرات زیست‌محیطی، راهکارهایی مانند بازسازی تدریجی زمین همزمان با پیشرفت معدن، استفاده از فناوری‌های پایش آنلاین آلودگی، طراحی سیستم‌های مدیریت آب معدن، اجرای برنامه‌های احیای پوشش گیاهی بومی و استفاده از باطله‌ها در ساخت جاده و مصالح ساختمانی (اقتصاد چرخشی) می‌تواند مورد استفاده قرار گیرد.

فناوری‌های نوین در معادن روباز

پیشرفت‌های تکنولوژیک مسیر تحول صنعت معدنکاری روباز را تغییر داده است. این فناوری‌ها می‌توانند بهره‌وری را تا 35 درصد افزایش دهند. یکی از این فناوری‌ها سیستم‌های خودران و اتوماسیون است. استفاده از کامیون‌ها و ماشین‌آلات خودران در معادن روباز مزایای زیادی دارد از جمله کاهش 25 درصدی هدر رفت مواد معدنی، افزایش ایمنی و کاهش حوادث انسانی، امکان کار 24 ساعته بدون توقف و بهینه‌سازی مصرف سوخت. در ایران، برخی معادن بزرگ مانند گل‌گهر و چادرملو در حال پیاده‌سازی آزمایشی این سیستم‌ها هستند.

فناوری‌های داده محور و هوش مصنوعی نیز در این زمینه کاربرد دارند. استفاده از داده‌های بزرگ و هوش مصنوعی برای تحلیل داده‌های زمین‌شناسی و بهینه‌سازی الگوی حفاری، پیش‌بینی خرابی تجهیزات و تعمیرات پیشگیرانه، بهبود 30 درصدی برنامه‌ریزی معدنکاری و تشخیص الگوهای بهینه آتشباری برای خردایش مطلوب از جمله کاربردهای این فناوری‌ها هستند.

پهپادها و سنجش از دور نیز در معادن روباز کاربردهای متعددی دارند. پهپادها برای نقشه‌برداری دقیق و سریع، محاسبه حجم مواد استخراج شده، پایش زیست‌محیطی و بررسی وضعیت دیواره‌های معدن از نظر ایمنی استفاده می‌شوند.

حفاری دقیق و هوشمند نیز از دیگر فناوری‌های نوین است. فناوری‌های جدید حفاری باعث افزایش 40 درصدی دقت در عملیات آتشباری می‌شوند که نتایج آن شامل کاهش مصرف مواد منفجره، خردایش بهینه‌تر، کاهش لرزش و ارتعاشات ناشی از انفجار و کاهش آلودگی‌های زیست‌محیطی است.

وضعیت معادن روباز ایران در مقایسه با استانداردهای جهانی

صنعت معدنکاری روباز ایران علیرغم ظرفیت‌های بالا، با چالش‌هایی در مقایسه با استانداردهای جهانی روبرو است. آمار و ارقام نشان می‌دهند که سهم معادن روباز در تولید ناخالص معدنی ایران 45 درصد است، در حالی که این رقم در جهان 68 درصد است. میانگین عیار سنگ‌آهن استخراجی ایران 54 درصد است که از متوسط جهانی 62 درصد پایین‌تر است. همچنین مصرف انرژی در معادن روباز ایران 35 درصد بالاتر از معیارهای بین‌المللی است و اثربخشی تجهیزات (OEE) معادن روباز ایران 39 درصد است، در حالی که استاندارد جهانی 65 درصد است.

چالش‌های اصلی معادن روباز ایران شامل فرسودگی 40 درصدی تجهیزات، استفاده محدود از فناوری‌های روز دنیا، بهره‌وری پایین‌تر نیروی انسانی و محدودیت‌های زیست‌محیطی و اجتماعی است.

برای بهبود وضعیت معادن روباز ایران و نزدیک شدن به استانداردهای جهانی، راهکارهایی پیشنهاد می‌شود. نوسازی ناوگان ماشین‌آلات معدنی، پیاده‌سازی سیستم‌های مدیریت یکپارچه معدن، آموزش و ارتقای مهارت‌های نیروی انسانی، استفاده از راهکارهای دیجیتال و هوش مصنوعی، بهینه‌سازی مصرف انرژی و منابع و بازنگری در روش‌های برنامه‌ریزی معدن از جمله این راهکارها هستند.

جمع‌بندی و نتیجه‌گیری

روش‌های استخراج معادن روباز به عنوان متداول‌ترین روش‌های استخراج در ایران، نقش مهمی در اقتصاد معدنی کشور دارند. این روش‌ها با توجه به هزینه‌های پایین‌تر، بازیابی بالاتر و دسترسی راحت‌تر، همچنان گزینه اصلی برای استخراج اکثر ذخایر معدنی کشور هستند.

با این حال، برای افزایش بهره‌وری و حرکت به سمت معدنکاری پایدار، باید به سمت استفاده از فناوری‌های نوین، بهینه‌سازی فرایندها و کاهش اثرات زیست‌محیطی گام برداشت. تلفیق روش‌های نوین با تجربیات بومی می‌تواند صنعت معدنکاری روباز ایران را در مسیر توسعه پایدار قرار دهد.

معادن روباز با سهم 45 درصدی در تولید ناخالص معدنی و 38 میلیارد دلار صادرات سالانه، موتور محرک بخش معدن ایران هستند. با وجود چالش‌هایی مانند فرسودگی تجهیزات و محدودیت‌های زیست‌محیطی، این بخش با استفاده از راهکارهای مبتنی بر اقتصاد چرخشی و دیجیتالی‌سازی می‌تواند تا 35 درصد بهره‌وری خود را افزایش دهد.