Minerit în cariere deschise: de la foraj și explozie până la controlul apei și reabilitarea minei
Mineritul în cariere deschise pare simplu de la distanță: se forează roca, se sparge, se încarcă și se transportă.
În practică, o mină în carieră deschisă sigură și productivă depinde de mai multe sisteme conectate. Geometria bancului de foraj afectează forajul. Calitatea forajului afectează împușcările. Pușcările afectează încărcarea, transportul, concasarea, stabilitatea pantei, praful, drenajul și, în cele din urmă, costul reabilitării.
Înțelegerea întregului flux de lucru este mai utilă decât analizarea oricărei mașini în mod izolat.
1. Cele două tipuri de bază de mine la suprafață
„Conturul închis” este linia orizontală închisă formată de limita minei la suprafață la suprafața solului.
Pe baza terenului și a poziției zăcământului față de acest contur, minele la suprafață sunt de obicei împărțite în două tipuri:
Mine deschise pe dealurisunt situate deasupra conturului închis al suprafeței. Excavația se dezvoltă de-a lungul unei pante, iar gravitația poate facilita unele operațiuni de drenaj.
Minele deschise din depresiunese extind sub conturul închis al suprafeței. Aceste gropi necesită adesea un control mai complex al apei, planificarea drumurilor de transport și gestionarea pantei pe măsură ce excavația devine mai adâncă.
Această distincție afectează amplasarea minei, drumurile de acces, sistemul de drenaj și proiectarea finală a pantei.
2. Cele trei elemente de bază ale unei bănci
O mină în carieră deschisă este construită în niveluri de lucru orizontale numite bănci.
Bancă:Un strat orizontal în care este împărțit minereul și masa de rocă. Distanța verticală dintre nivelurile de lucru este înălțimea bancului de lucru.
Fața băncii de lucru:Suprafața înclinată a bancului de lucru orientată spre zona excavată. Unghiul dintre această față și planul orizontal este unghiul feței bancului de lucru.
Platformă sau bermă:Zona orizontală dintre vârful și creasta feței băncii. Lățimea sa este lățimea platformei.
Diferite platforme servesc unor scopuri diferite:
Platforma de lucru permite forarea, exploziarea, încărcarea și transportul.
O bermă de siguranță sau de prindere ajută la interceptarea căderilor de pietre.
O bermă de curățare oferă spațiu pentru îndepărtarea materialului liber.
Lățimea de lucru trebuie să fie suficientă atât pentru deplasarea echipamentului, cât și pentru separarea în siguranță.
Proiectarea băncilor de lucru nu este doar o problemă de producție. Este, de asemenea, o problemă de stabilitate a pantei și de control al accesului.
3. Principala secvență de producție în carieră deschisă
Fluxul de lucru de producție de bază include în mod normal:
Foraj
Pușcări sau spargerea rocilor
Încărcare și transport
Îndepărtarea rocilor sterile
Fiecare etapă o afectează pe următoarea. O forare deficitară poate produce o explozie slabă. Fragmentarea deficitară poate supraîncărca excavatoarele și concasoarele. Un proiect deficitar al drumurilor de transport poate reduce randamentul echipamentelor de încărcare altfel capabile.
Foraj
Forajul este prima operațiune majoră în producția la suprafață. De obicei, acesta reprezintă aproximativ 10% până la 15% din costul total de producție.
Trei categorii de echipamente sunt utilizate pe scară largă.
Instalații de foraj DTHoferă unghiuri de foraj flexibile, mobilitate bună și o greutate și o investiție relativ reduse ale echipamentelor. Sunt utile pentru minele mici și mijlocii, în special în roci de duritate medie. Forajul înclinat poate ajuta la controlul calității minereului, la reducerea formării degetelor de la bază și la limitarea blocurilor supradimensionate.
Foreze rotative pentru găuri de explozieoferă o productivitate ridicată și un nivel ridicat de mecanizare. Sunt utilizate pe scară largă în mine mari de suprafață și pot fora formațiuni într-o gamă largă de durități.
Instalații de foraj pentru rocă montate pe șenile sau jumboutilizați una sau mai multe foreze de rocă cu alimentare automată montată pe un braț sau cadru. Mobilitatea și funcționarea mecanică a acestora le fac potrivite pentru lucrări de foraj specializate sau schimbătoare.
Pentru forajul DTH, ciocanul, sapa, prăjina, compresorul, sistemul de spălare și formațiunea de rocă trebuie să fie integrate ca un singur sistem. Diametrul găurii, adâncimea, înclinarea și precizia influențează rezultatul final al exploziei sau al despicării rocilor.
Pușcări și spargere controlată a rocilor
Scopul exploziilor este de a crea fragmente de o dimensiune gestionabilă pentru excavatoare, camioane de transport și concasoare primare. În multe operațiuni în cariere deschise, exploziile reprezintă aproximativ 15% până la 20% din costul total de producție.
Metodele comune includ:
Sablare în gropi superficiale:De obicei, se utilizează găuri mai mici, adesea cu diametrul de aproximativ 30-75 mm, cu adâncimi ale găurilor în general sub 5 m. Se utilizează în cariere mai mici, tuneluri, tăieri de drumuri, lucrări de spargere secundară și lucrări speciale de excavare.
Sablare la banc de lucru în găuri adânci:Folosește găuri mai adânci forate cu echipamente DTH sau rotative. Pot fi utilizate găuri verticale și înclinate în funcție de designul bancului de lucru și de cerințele de fragmentare.
Sablare în cameră:Plasează o cantitate mai mare de explozibil într-o cameră sau o deschidere subterană. În general, este limitată la anumite condiții de construcție sau de carieră cu volum mare de exploatare.
Sablare pe mai multe rânduri de milisecunde:Se utilizează atunci când sunt necesare volume de producție mai mari. Controlul sincronizarii poate îmbunătăți fragmentarea și gestiona vibrațiile mai eficient decât inițierea simultană.
În apropierea pantelor finale, inginerii pot utiliza metode controlate de împușcare, cum ar fi întârzieri de milisecunde, pre-despicare, împușcare netedă și împușcare tampon. Obiectivul este de a proteja masa de rocă rămasă, mai degrabă decât de a maximiza pur și simplu ruperea.
Pentru amplasamentele din apropierea clădirilor, căilor ferate, autostrăzilor, liniilor electrice sau a altor active sensibile, o metodă neexplozivă poate fi mai potrivită. Sistemul de divizare a rocilor cu energie gazoasă O2 de la Gaea Rock utilizează oxigen lichid și un absorbant combustibil în interiorul unui tub de fracturare. Este un proces controlat de schimbare de fază, nu un sistem exploziv convențional.
Sistemul O2 poate fi luat în considerare acolo unde sunt importante o intensitate mai mică a undelor de șoc, vibrații reduse, o clasificare mai ușoară a transportului și despicarea controlată a rocilor. Procedurile efective de foraj, debitare, încărcare, aprindere, excludere și de urgență trebuie proiectate și supravegheate de personal calificat.
4. Încărcarea și transportul
Încărcarea este veriga centrală în ciclul de producție în cariere deschise. Excavatoarele îndepărtează minereul sau roca explozibilă și o încarcă în echipamente de transport sau o transferă într-o locație desemnată.
Echipamentele comune de încărcare includ:
Excavatoare hidraulice
Lopeți de cablu
Lopeți hidraulice
Încărcătoare frontale
Încărcarea și transportul nu pot fi optimizate separat. Un excavator mai mare este de mică valoare dacă camioanele stau la coadă la abataj sau dacă drumurile de transport sunt prost întreținute.
Infrastructura de transport poate reprezenta o parte majoră a investițiilor miniere, iar transportul poate reprezenta mai mult de jumătate din costul total al minereului și al forței de muncă în unele operațiuni.
Sistemele de transport comune includ:
Transport rutier
Transport feroviar de marfă
Sisteme de transportoare
Ridicare cu containere înclinate
Sisteme de transport combinat
Transportul cu camioane rămâne cel mai comun deoarece este flexibil, dar minele mai mari integrează din ce în ce mai mult transportoare continue, software de dispecerizare și echipamente automatizate.
5. Depozitarea rocilor sterile
Roca sterilă și decapantul decoperit trebuie mutate în zonele de depozitare desemnate.
Manipularea rocii sterile poate utiliza transportul rutier, transportul feroviar sau benzile transportoare. Zonele de depozitare pot fi proiectate ca halde cu o singură platformă, halde acoperite cu mai multe platforme sau halde cu mai multe platforme sprijinite la bază.
Groapa de gunoi trebuie proiectată pentru capacitate, drenaj, stabilitate a pantei, separare a traficului și reabilitare pe termen lung. Amplasarea deșeurilor gestionată necorespunzător poate crea instabilitate, scurgeri, praf și probleme viitoare de recuperare.
6. Protecția și drenajul apei
Controlul apei este unul dintre cele mai importante sisteme inginerești în cariere deschise.
Metodele comune de drenaj includ:
Drenaj gravitațional pentru mine în pantă
Colectare de fund pentru gropi puțin adânci cu debit limitat
Drenaj de interceptare etapizat pentru gropi mai adânci cu debit de apă mai mare
Galerii subterane și tuneluri de drenaj pentru debite foarte mari
Mai multe sisteme pot fi combinate în funcție de teren și geologie.
Impermeabilizarea necesită, de asemenea, inspecții regulate. Canalele de drenaj, barierele, pompele, căptușelile și alte structuri de protecție trebuie verificate înainte de sezonul ploios și după vremea extremă.
7. Probleme după minerit
Amplasamentele de exploatare în cariere deschise neadministrate pot prezenta pericole grave:
Acumularea de apă în groapă
Pante înalte și instabile
Alunecări de teren
Efectele presiunii asupra lucrărilor subterane din apropiere
Ruperea barajului de steril
Curgeri de noroi care afectează comunitățile din aval
Daune ecologice pe termen lung cauzate de deversarea sterilului
Aceste riscuri ar trebui abordate în timpul planificării minei, nu doar după încheierea producției.
8. Reabilitarea minei
Reabilitarea minelor moderne se concentrează de obicei pe patru domenii.
Tratamentul pantei:Îndepărtați roca instabilă, reduceți unghiurile excesive de pantă, formați bancuri stabile și revegetați zonele tratate.
Managementul sterilului:Folosiți steril adecvat ca umplutură subterană acolo unde este cazul din punct de vedere tehnic și legal. Recuperați minerale valoroase prin reprocesare și explorați utilizări sigure ca materiale de construcție.
Tratarea solului:Înlocuiți sau îmbunătățiți solul deteriorat, stabiliți bariere care limitează migrarea contaminanților și adăugați amendamente care restabilesc fertilitatea.
Restaurarea vegetației:Selectați plante adaptate la climatul local, solurilor sărace și, acolo unde este necesar, expunerii la metale grele. Acoperirea directă cu vegetație este simplă și economică; plasarea solului vegetal îmbunătățește adesea viteza de înființare și recuperare.
Cea mai eficientă mină în carieră deschisă nu este doar cea care mișcă cea mai multă rocă. Este cea care coordonează forajul, spargerea rocilor, încărcarea, transportul, drenajul, controlul pantei și reabilitarea de la început.
