کد مطلب : ‌10563

مانیتورینگ دیوار معدن با استفاده از تکنولوژی‌های نوین

با عمیق‌تر شدن معادن روباز، افزایش حجم استخراج و در اثر انفجارهای مکرر معدن، توده سنگ درون پیت معدن می‌تواند ناپایدار شود و ریزش کند. اما برای جلوگیری از این اتفاق راهکارهای نوینی اندیشیده شده است.

علی سیامکی*

با عمیق‌تر شدن معادن روباز، افزایش حجم استخراج و در اثر انفجارهای مکرر معدن، توده سنگ درون پیت معدن و همچنین ناپیوستگی‌های موجود در آن تحت توزیع مجدد تنش قرار می‌گیرند. این موضوع می‌تواند منجر به رشد ناپیوستگی‌ها، نفوذ آب به آن‌ها و کاهش مقاومت آن‌ها و در نتیجه ناپایداری پله‌ها و دیوار معدن شود.
بزرگترین زمین لغزش دنیا در معادن، در معدن مس بینگهام آمریکا با جابجایی بیش از 130 میلیون تن سنگ اتفاق افتاد. در ایران نیز بزرگترین زمین لغزش در معدن سرب و روی انگوران اتفاق افتاد. اگرچه این لغزش‌ها توسط سیستم‌های مانیتورینگ مختلف پیش‌بینی شده بودند و به همین دلیل خسارت جانی در بر نداشتند، خسارات مالی زیادی را تحمیل کردند. خوشبختانه، ریزش و ناپایداری دیوار معدن در این مقیاس‌ بندرت اتفاق می‌افتد. اگرچه، احتمال رخدادهای کوچک ناشی از حرکت توده سنگ در اثر تاثیر ناپیوستگی‌های محلی در معادن روباز زیاد است. درنتیجه، نیاز استفاده از سیستم‌های مانیتورینگ پیچیده با استفاده از اسکنرهای لیزری، رادار و تکنیک‌های برداشت رخدادهای میکرو سایزمیک جهت بررسی خطرات ناشی از ناپایداری پله‌ها و دیوار معدن روز بروز افزایش می‌یابد.

ریزش معدن؛ یک تاریخچه
باوجود آنکه لغزش‌هایی به بزرگی بینگهام بندرت اتفاق می‌افتند، معادن مختلفی شاهد ریزش و لغزش دیوار معدن بوده‌اند. در اوایل سال 2016 در معدن KOV شرکت Glencore در جمهوری کنگو دیوار معدن ریزش کرد. اگرچه عملیات معدنکاری به دلایل اقتصادی در سپتامبر 2015 متوقف شده بود، شرکت در حال آبکشی از معدن بود و ریزش دیوار معدن جان 7 نفر را گرفت و به زیرساخت‌های سیستم آبکشی آسیب رساند.
دیوار معدن مس OK Tedi در گینه نیز در سال 2015 دچار لغزش و ریزش شد. در اثر این رخداد حجم زیاده از سنگ وارد پیت معدن شد. در اثر این لغزش شاول هیدورلیکی و دسترسی به بخش پر عیار ماده معدنی دچار آسیب شدند. اگرچه این اولین باری نبود که این معدن ناپایداری را تجربه می‌کرد. بارش شدید باران در این ناحیه، فرسایش شکاف ایجاد شده در این معدن را که در قبل منجر به ناپایداری‌ جزیی شده بود، در بر داشت. اندازه‌گیری سطحی به ارتفاع 240 متر و عرض 220 متر برای کنترل رشد این شکاف نیازمند سیستم مانیتورینگ و محاسباتی قوی بود.

شیوه‌های نوین مانیتورینگ
امروزه سیستم‌های اسکنرلیزری و رادار از قوی‌ترین سیستم‌های مانیتورینگ دیوار معدن در مقیاس و ابعاد بزرگ بشمار می‌روند. این سیستم‌ها جابجایی‌های اتفاق افتاده در دیوار معدن را اندازه‌گیری کرده و بصورت لحظه‌ای گزارش می‌دهند. مکانیزم اندازه‌گیری سیستم رادار، بر اساس تعداد طول موج طی شده بین رادار و سطح سنگ است. این طول موج معمولا در محدوده 50 سانتیمتر قرار دارد. بنابراین اگر جابجایی رخ داده در دیوار بیش از طول موج باشد (بطور مثال 60 سانتی‌متر)، سیستم قادر به تشخیص مقدار صحیح جابجایی رخ‌داده نمی‌باشد (10 سانتیمتر، 60 سانتیمتر یا 110 سانتیمتر). در مقابل اسکنرلیزری بر مبنای مدت زمان طی شده انتشار نور از اسکنر تا سطح سنگ، فاصله را اندازه‌گیری می‌کند. بنابراین، این سیستم قادر خواهد بود اندازه‌گیری‌های اتفاق افتاده در هر مقیاسی را گزارش دهد.
سیستم‌های رادار دارای قابلیت بالای نمایش جابجایی با دقت دهم میلیمتر در دیوار معدن است. اگرچه قادر به ارایه تصویر سه بعدی از دیوار معدن نبوده و خروجی جابجایی خود را بر روی نقشه سه‌بعدی معدن منطبق می‌کنند تا مکان دقیق جابجایی‌های اندازه‌گیری شده مشخص شوند. در برخی پروژه‌ها سیستم رادار با اسکنرهای لیزری ترکیب شده تا بتواند با استفاده از خروجی اسکنر، تصویری سه بعدی از جابجایی‌ها ارایه کند.
استفاده از اسکنرهای لیزری در مانیتورینگ پایداری دیوار معدن، تحولی بزرگ در زمینه مطالعات ژئوتکنیکی دیوار معدن، گزارش لحظه‌ای جابجایی‌ها و همچنین پیش‌بینی ریزش‌های بزرگ ایجاد کرد. اسکنر لیزری با مانیتورینگ لحظه‌ای دیوار معدن تصویر سه بعدی از پیت معدن و پله‌های آن ایجاد می‌کند. بنابراین تمامی‌ ریزش‌های سنگ کوچک مقیاس و بزرگ مقیاس رخ داده در دیوار معدن بدون هیچگونه محدودیتی قابل اندازه‌گیری هستند. نتایج مانیتورینگ دیوار یکی از معادن طلای شرکت Barrick نشان از قابلیت اسکنر لیزری در نمایش جابجایی‌ها با دقت کمتر از میلیمتر دارد.
در نتیجه، اسکنر لیزری قادر خواهد بود علاوه بر مانیتورینگ دیوار معدن با دقت کمتر از میلیمتر و ارایه گزارش لحظه‌ای جابجایی‌ها، ریزش سنگ و ناپایداری‌های دیوار معدن، قابلیت محاسبه احجام انفجار شده و استخراج شده را بصورت لحظه‌ای دارد. همچنین برداشت ناپیوستگی‌های دیوار معدن و ارایه نمودار استریونت آن‌ها کمک به تحلیل دقیق مکانیک‌ سنگی وضعیت ناپیوستگی‌ها می‌کند. این تحلیل‌ها را می‌توان با مطالعات درزه‌داری و مدل‌های ساخته شده در نرم‌افزارهای مربوطه مقایسه کرده تا گوه‌های تشکیل شده، و ارتباط ناپیوستگی‌ها را بدست آورد.
از دیگر مزایای سیستم مانیتورینگ اسکنر لیزری نمایش نقاط نشت آب در دیوار معدن است. نفوذ آب در درزه‌ها و ناپیوستگی‌ها باعث کاهش مقاوت آن‌ها در برابر تنش‌های احتمالی و افزایش احتمال ناپایداری‌ها می‌شود. بنابراین شناسایی نواحی نشت آب در اثر آب‌های زیرزمینی و یا حتی بارش باران و برف، کمک به شناسایی نواحی خطر می‌کند.
یکی از چالش‌های اندازه‌گیری جابجایی دیوار معدن، مربوط به قسمتی از دیواره معدن است که توسط سیستم‌های نگهداری مش، محافظت می‌شوند. سیستم‌های رادار قادر به اندازه‌گیری بخشی از دیوار که در پشت مش قرار دارد نمی‌باشند. دکتر سارا اون، متخصص سیستم‌های اسکنرلیزری، در زمینه قابلیت سیستم SiteMonitor4D در پایش دیوار معدن می‌گوید:"به دلیلی پرتو نازک لیزر و عبور آن از میان مش، این سیستم قابلیت اندازه‌گیری جابجایی‌ها و ریزش سنگ در قسمت دیوار پشت مش‌های که منجر به ناپایداری دیوار معدن می‌شود را دارد."
دانشگاه دورهام انگلیس به همراه شرکت 3D Laser Mapping انگلیس با استفاده از تکنولوژی اسکنر لیزری مطالعه‌ای بر ارتباط ریزش‌های سنگ کوچک مقیاس در دیوار معدن بر ناپایداری‌های بزرگ‌مقیاس آن انجام داد. در این مطالعه شیروانی در  ساحل دریا به ابعاد 100 هزار متر مربع به مدت 8 سال و با دقت 1 میلیمتر مانیتور شد. در این دوره، تمامی رخدادهای ریزش سنگ اندازه‌گیری شدند که کوچک‌ترین ریزش حجمی معادل 0.00001 مترمربع داشت. نتایج نشان از همبستگی متوسط ریزش سنگ ماهانه اتفاق افتاده در دیوار با لغزش نهایی دیوار داشت. بعلاوه، یک ماه پیش از لغزش اصلی، میزان حجم لغزش اتفاق اتفاده در دیواره بمیزان قابل توجهی افزایش یافت.
علت این همبستگی به مباحث زمین‌شناسی ارتباط داده شد. بر این اساس ریزش‌های سنگ در اثر کرنش تفاضلی و تغییرشکل توده سنگ اتفاق می‌افتد. این موضوع با تکامل شکست شکننده سنگ مطابق می‌باشد. درصورتیکه یک ناپیوستگی بر روی سطح سنگ شروع به رشد کند، باعث افزایش تنش‌ها در آن نقطه و درنتیجه ریزش سنگ می‌شود. با رشد ناپیوستگی، کرنش تغییرشکل در محل ریزش سنگ باعث افزایش ریزش می‌شود. در نهایت این افزایش تصاعدی منجر به ریزش‌های بزرگ‌تر و در نتیجه لغزش اصلی بزرگ می‌شود.

*دانشجوی دکترای معدن گرایش استخراج دانشگاه امیرکبیر

نام‌ :
ایمیل :
نمایش داده نمی‌شود
متن :
 
عضویت در خبرنامه
نام‌ و نام‌خانوادگی:
ایمیل :
مس پرستلگرام
به نظر شما سایت عصر‌مس‌آنلاین بهتر است بیشتر به چه مطالبی بپردازد؟