6 tendințe majore în mineritul viitorului care nu pot fi trecute cu vederea
Odată cu dezvoltarea industriei, cererea de resurse minerale continuă să crească. În prezent, atât țările dezvoltate, cât și cele în curs de dezvoltare consideră deținerea și dezvoltarea resurselor ca măsuri strategice. Drept urmare, dezvoltarea mineritului a cunoscut apariția a numeroase tehnologii și metode miniere eficiente, sigure și cu costuri reduse. Este esențial să se țină pasul cu tehnologiile avansate pentru a dezvolta eficient resursele.
(I) Informații în minele subterane
În prezent, minele subterane din întreaga lume urmăresc eficiența și siguranța, ceea ce duce la îmbunătățiri continue ale nivelurilor de mecanizare și automatizare. Să luăm ca exemplu mina de fier Kiruna din Suedia. Mina de fier Kiruna este renumită pentru producerea de minereu de fier de înaltă calitate (cu un conținut de fier care depășește 70%) și este una dintre cele mai mari mine de fier din lume. Extracția minereului de fier are o istorie de peste 70 de ani, trecând de la exploatarea în carieră deschisă la cea subterană. Inteligența minei de fier Kiruna beneficiază în principal de utilizarea echipamentelor mecanice la scară largă, a sistemelor inteligente de control de la distanță și a sistemelor moderne de management. Sistemele și echipamentele miniere extrem de automatizate și inteligente sunt esențiale pentru asigurarea unei extracții sigure și eficiente.
Dezvoltare. Mina de fier Kiruna utilizează un sistem combinat de dezvoltare cu puț și rampă. Mina are trei puțuri pentru ventilație, ridicarea minereului și a rocii sterile. Personalul, echipamentele și materialele sunt transportate în principal cu ajutorul unor echipamente fără șine, prin intermediul unor rampe. Puțul principal de ridicare este situat pe peretele inferior al corpului de minereu. Până în prezent, frontul de exploatare și sistemul principal de transport au fost coborâte de șase ori, nivelul actual al transportului principal fiind de 1045 m.
Foraj, încărcare și explozie. Excavarea tunelurilor utilizează burghie jumbo echipate cu instrumente electronice de măsurare tridimensionale pentru poziționarea precisă a găurilor. Forajul abatajului utilizează instalația de foraj cu comandă de la distanță Simba W469, produsă de Atlas Copco din Suedia, cu un diametru al găurii de 150 mm și o adâncime maximă a găurii de 55 m. Această instalație utilizează un sistem laser pentru poziționare precisă, nu necesită personal și poate funcționa în cicluri continue de 24 de ore. Volumul anual de explozie a minereului poate ajunge la 3 milioane de tone.
Încărcarea, transportul și ridicarea minereului de la distanță. Forajul, încărcarea, transportul și ridicarea în cadrul anvelopelor minei de fier Kiruna au atins inteligență și automatizare, instalațiile de foraj și încărcătoare funcționând fără personal. Încărcarea minereului utilizează încărcătorul cu comandă de la distanță Toro 2500E, cu o eficiență unică de 500 t/h. Sistemul de transport subteran include transport cu bandă și transport feroviar automat. Transportul feroviar automat constă de obicei din 8 vagoane de minereu, care sunt vagoane automate cu descărcare de jos pentru încărcare și descărcare continuă. Transportoarele cu bandă transportă automat minereul de la stația de concasare la dispozitivul de măsurare, completând încărcarea și descărcarea cu ajutorul containerului de la puț, totul sub comandă de la distanță.
Tehnologie de pulverizare a betonului cu comandă de la distanță și tehnologie de armare a suporturilor. Suportul tunelului utilizează o combinație de beton tors, șuruburi de ancorare și plasă de oțel. Aceasta este realizată prin pulverizatoare de beton cu comandă de la distanță, cu șuruburi de ancorare și plasă de oțel instalate folosind instalații de fixare cu șuruburi.
(II) Aplicarea din ce în ce mai răspândită a tehnologiei de levigare
În prezent, tehnologia de levigare este utilizată pe scară largă în recuperarea cuprului de calitate inferioară, a minereurilor de aur, a minereurilor de uraniu etc. Tehnologiile de levigare includ levigarea in situ, levigarea în grămadă și levigarea prin explozie in situ. Țări precum Statele Unite, Canada și Australia utilizează în general levigarea în grămadă și levigarea prin explozie in situ pentru a recupera 0,15%–0,45% minereuri de cupru de calitate inferioară, peste 2% minereuri de oxid de cupru și 0,02%–0,1% minereuri de uraniu.
Luând Statele Unite ca exemplu, există peste 20 de mine care utilizează levigarea in situ prin explozie pentru cupru. De exemplu, mina Mike din Nevada și mina de cupru Zonia din Arizona produc fiecare peste 2,2 tone de cupru pe zi. Mina Butte din Montana și mina Copper Queen Branch produc 10,9-14,97 tone de cupru metalic pe zi. În SUA, levigarea cuprului reprezintă peste 20% din producția totală, aurul depășește 30%, iar marea majoritate a producției de uraniu provine din mineritul prin levigare.
(III) Tehnologia minieră la adâncime
Pe măsură ce volumele de resurse continuă să scadă, adâncimile de exploatare cresc, depășind adesea 1000 m. Acest lucru aduce multe dificultăți și probleme care nu se întâlnesc în mineritul la mică adâncime, cum ar fi creșterea presiunii asupra solului, temperaturi mai ridicate ale rocilor și provocări mai mari în ceea ce privește ridicarea, drenajul, susținerea și ventilația.
Probleme comune în minele de puțuri mari:
Capacitatea de ridicare. Pe măsură ce adâncimea de exploatare crește, prima problemă întâlnită este capacitatea de ridicare a minei. Palanele actuale pot atinge o înălțime maximă de ridicare unică de peste 2000 m, cum ar fi o mină canadiană cu cea mai adâncă ridicare unică de 2172 m și o mină de aur sud-africană cu o adâncime a puțului de 2310,4 m. Capacitățile echipamentelor de ridicare îndeplinesc pe deplin cerințele minelor mari la puțuri adânci.
Temperatura rocilor și răcirea prin ventilație. Pe măsură ce adâncimea de exploatare crește, temperaturile rocilor cresc în mod corespunzător. De exemplu, în mina de cupru-zinc Toyoha din Japonia, la nivelul de -600 m (aproximativ 1200 m de la suprafață), temperaturile rocilor depășesc 100°C, dar multe țări stipulează că temperaturile subterane nu pot depăși 28°C. Minele cu puțuri adânci cresc de obicei volumul de ventilație subteran și răcesc aerul folosind metode de răcire cu aer și răcire cu apă. Atunci când se selectează una sau ambele, pe lângă scăderea temperaturilor, trebuie acordată atenție și reducerii disipării căldurii de la echipamentele mecanice subterane, echipamentele diesel și echipamentele de refrigerare în sine.
Managementul presiunii la sol și metodele de exploatare. Minele la puțuri mari stabilesc, în general, un sistem complet de măsurare și monitorizare a presiunii la sol, care afectează în mod direct buna desfășurare a producției miniere și nivelul costurilor de producție. Spargerile de roci reprezintă o problemă importantă în exploatarea la puțuri mari. Pentru a prezice spargerile de roci, multe mine instalează dispozitive de monitorizare microseismică în subteran, cum ar fi mina Sunshine Silver din SUA, care a instalat monitorizare microseismică la nivelul de 2254 m pentru monitorizare 24 de ore.
Combustie spontană și explozie. Explozia minieră la adâncime poate întâmpina, de asemenea, combustie spontană a minereurilor sulfurate din cauza temperaturilor ridicate ale minereului și autoexplozie în timpul încărcării explozive, ceea ce necesită o atenție suficientă.
În prezent, adâncimea de exploatare a minelor non-cărbune din China nu depășește, în general, 700-800 m, dar în ultimii ani, unele zăcăminte de minereu îngropate la adâncimi de aproximativ 1000 m sunt în curs de dezvoltare, inclusiv mina de cupru Dongguashan de sub egida companiei Tongling Nonferrous Metals și zona minieră Jinchuan nr. 2.
(IV) Lucrări de protecție a mediului în mine
În țările străine, în special în țările dezvoltate, se adoptă măsuri cuprinzătoare pentru managementul mediului în mine. Se aplică standarde tehnice stricte pentru apele uzate, gazele de eșapament, zgura, praful, zgomotul etc., evacuate din mine. Multe mine cu conținut scăzut de substanțe nu pot fi construite sau puse în producție din cauza costurilor excesive de tratare a mediului.
În prezent, în străinătate se pune accent pe înființarea de mine curate și fără deșeuri. Mina de cărbune Walsum din Germania, situată în zona industrială Ruhr, este un exemplu de succes. Aceasta folosește nămol de cărbune de la instalația de spălare a cărbunelui, cenușă de la generarea de energie electrică pe bază de cărbune și rocă sterilă subterană zdrobită, amestecată cu ciment, activată și agitată, apoi pompată în subteran cu o pompă PM pentru a umple golurile. Mina nu deversează deșeuri solide la exterior.
(V) Tehnologie minieră de umplere
Se utilizează diferite materiale de umplere în funcție de condițiile variate:
Suport regional. Sunt necesare materiale de umplutură rigide de înaltă calitate pentru a reduce închiderea elastică a volumului și pericolele de spargere a rocilor.
Controlul straturilor de rocă. Cerințele de calitate a materialului de umplutură nu sunt stricte, dar este necesară o umplutură la scară largă, iar umplutura nu trebuie să se contracte după așezare.
Minerit cu vene multiple. Materialele de umplutură necesită rigiditate în condiții de stres redus pentru a minimiza deformarea și deplasarea rocilor.
Controlul mediului. Pentru a asigura etanșarea peretelui suspendat pentru a preveni circulația aerului prin zona exploatată, materialul de umplere nu trebuie să se contracte și este necesară o umplere pe o suprafață mare.
Reducerea ridicării rocilor sterile. Pregătirea și concasarea rocilor sterile subterane pentru materiale de umplutură, îmbunătățind astfel eficiența.
Considerații actuale pentru umplere:
Concentrarea eforturilor pe formarea unor sisteme practice și fiabile. Cercetarea și dezvoltarea unor tehnologii eficiente de umplere pentru a integra operațiunile de umplere cu ciclurile miniere. Punerea unui accent pe managementul sistemelor de umplere.
Tehnologii de cercetare pentru optimizarea sistemelor existente, inclusiv distribuția dimensiunii particulelor pentru materiale de umplere de înaltă calitate, procese îmbunătățite de preparare a materialelor de umplere în hidrocicloane și concasare, precum și tehnologii de transport optimizate, cum ar fi pierderea de presiune, uzura, coroziunea și proiectarea generală a sistemului de umplere.
Consolidarea înțelegerii cantitative a proceselor de preparare, transport, plasare și deformare a încărcăturii materialului de umplere pentru a pune bazele unei exploatări miniere sigure, stabile și eficiente. Procesele de umplere utilizate la nivel internațional includ umplerea hidraulică cu nisip, umplerea uscată, umplerea solidă cu conținut ridicat de apă și umplerea cimentată. Umplerea cimentată este împărțită în continuare în: umplere hidraulică segmentată cu steril (transport gravitațional cu concentrație mare), umplere hidraulică cu alte materiale de umplere (transport gravitațional cu concentrație mare), umplere gravitațională completă cu pastă de steril și umplere completă cu pompare a pastei de steril. Metoda recomandată la nivel internațional este umplerea completă cu pompare a pastei de steril.
În prezent, Canada are 12 mine care utilizează pastă de umplere cu concentrație ridicată, iar Africa de Sud și Australia au, de asemenea, noi sisteme de umplere cu pastă în funcțiune. Noile procese de umplere vor satisface mai bine cerințele privind protecția resurselor, protecția mediului, îmbunătățirea eficienței și dezvoltarea minelor. Mineritul de umplere va avea perspective mai largi în industria minieră a secolului XXI.
(VI) Exploatarea nodulilor polimetalici oceanici
Nodulii polimetalici apar pe fundul mării la adâncimi de aproximativ 3000–5000 m. Pentru a-i exploata, sunt esențiale metode de exploatare fezabile. Prin urmare, țările din întreaga lume acordă prioritate dezvoltării unor metode de exploatare fiabile și au efectuat cercetări experimentale ample, unele chiar efectuând studii de exploatare în adâncime la scară medie. De la sfârșitul anilor 1960 până în prezent, metodele de exploatare oceanică dezvoltate și testate la nivel internațional se încadrează în principal în trei categorii: exploatarea cu găleată în linie continuă (CLB), exploatarea cu vehicule controlate de la distanță pe fundul mării și exploatarea cu ridicare fluidă.
Metoda de extracție cu cupe în linie continuă (CLB). Această metodă a fost propusă de japonezi în 1967. Este relativ simplă, constând în principal dintr-o navă minieră, un cablu de remorcare, cupe și o navă de remorcare. Cupele sunt atașate la cablul de remorcare la anumite intervale și coborâte pe fundul mării. Cablul de remorcare, acționat de nava de remorcare, mișcă cupele în jos, cupele și în sus. Această operațiune ciclică fără trepte a cablului formează o buclă de colectare continuă. Principala caracteristică a CLB este capacitatea sa de a se adapta la schimbările de adâncime și de a menține operațiunile normale. Cu toate acestea, producția CLB este de doar până la 100 t/zi, mult sub cerințele mineritului industrial. Astfel, metoda de extracție CLB a fost abandonată la sfârșitul anilor 1970.
Metoda de minerit cu vehicule controlate de la distanță pe fundul mării. Această metodă a fost propusă în principal de francezi. Vehiculul controlat de la distanță pe fundul mării este un vehicul minier submersibil fără pilot, compus în principal din patru sisteme: colectarea minereului, autopropulsie, controlul flotabilității și balast. Sub monitorizarea navei-mamă de suprafață, vehiculul minier se scufundă pe fundul mării conform comenzilor pentru a colecta noduli. Odată plin, acesta iese la suprafață și descarcă nodulii în silozul de recepție al navei-mamă. Nava-mamă de suprafață poate controla de obicei mai multe vehicule miniere simultan. Acest sistem minier necesită investiții semnificative, iar cu o valoare redusă a produsului și fără beneficii economice timp de decenii, Asociația Franceză de Cercetare și Dezvoltare a Nodulilor Oceanici a încetat cercetările în 1983. Cu toate acestea, principiile de colectare și transport ale acestui vehicul minier sunt considerate promițătoare.
Metoda de extracție prin ridicare hidraulică. În prezent, metoda recunoscută la nivel internațional cu cel mai mare potențial de aplicare industrială este extracția prin ridicare hidraulică. Când nava minieră ajunge în zona minieră, colectorul și conducta de ridicare sunt conectate și coborâte treptat în mare. Colectorul colectează nodulii din sedimentele de pe fundul mării și efectuează prelucrarea inițială. Folosind ridicarea hidraulică sau pneumatică, apa din conductă se mișcă în sus cu o viteză suficientă pentru a transporta nodulii către nava minieră de suprafață.
Odată cu dezvoltarea și utilizarea oceanelor de către om în secolul XXI, tehnologia minieră oceanică este deosebit de importantă. Dezvoltarea tehnologiei moderne de înaltă tehnologie a deschis calea pentru exploatarea resurselor oceanice, iar formarea și dezvoltarea acesteia vor avea un impact pozitiv și de anvergură asupra economiei oceanice mondiale, culturii și conștientizării oceanelor de către om.
