پیشرفت‌های فناوری و تاثیر آن در آینده عملیات استخراج معادن

با توجه به دورنمای رقابتی مرتبط با صنعت معدن، همراه با نیاز روزافزون به حفاری در اعماق بیشتر، کسب یک مزیت اقتصادی برای اطمینان از دوام اقتصادی برای عملیات معدن، اکنون بیش از هر زمان دیگری اهمیت دارد. برای اینکه شرکت­های معدنی همچنان در رقابت باقی بمانند، این امر به طرح­ها و فناوری های نوآورانه دیگری نیز نیاز دارد که توانایی، کارایی و قابلیت اطمینان سیستم های معدنی مسئول سنجش، تجزیه و تحلیل، استخراج و تصفیه را بهبود می بخشد.

در حالی که به نظر می رسد برخی از حوزه های صنعت معدن دارای رشد مجدد ولی آهسته ای هستند. سایر بازارهای معدن در حال اوج گیری و توسعه‌اند. یکی از این بازارها استخراج لیتیوم و سایر مواد معدنی و فلزات مورد استفاده برای تولید باتری برای پاسخگویی به نیازهای روزافزون خودروهای الکتریکی است. توانایی پاسخگویی سریع وافزایش تولید، کاهش زمان پاسخگویی طولانی مدت و به حداقل رساندن فعالیت شدید خروج پول نقد مرتبط با استخراج معادن با فناوری های جدید، نه تنها برای شرکت های اکتشاف و استخراج معدن، بلکه برای بازیابی کل صنعت معدن مفید خواهد بود.

حوزه های خاصی از عملیات معدن که می توانند از پیشرفت های فناوری بهره مند شوند را می توان به شرح زیر نام برد:

خطرات معدنکاری - نیاز برای نوسازی
حادثه معدن شیلی در سال 2010 بار دیگر باعث شد که موضوع صنعت معدن در معرض افکارعمومی گیرد. اگر فقط برای یک لحظه هم که بود، نشان داد هنوز هم ذاتا مشاغل خطرناکی وجود دارد که برای اقتصاد ملی و جهانی ما حیاتی میباشد. در حالی که طی 25-30 سال گذشته، مقررات ایمنی بی شماری اجرا شده است ، به دلایل متعددی، هنوز استخراج از معادن همچنان یکی از خطرناکترین مشاغل است.

1. فرو ریختن غارها و حفرات
شایع ترین تهدید معدن­کارانی که در معادن زیرزمینی کار می کنند فروریختن تونل های معادن است که می تواند به دلیل موارد زیر رخ دهد:
• دیوارهای شفت و یا ترک خوردگی کف ، باعث تضعیف ساختار بزرگتر می شود
• غرق شدن / فرو رفتن تدریجی زمین
• سقف و دیوارهای شفت معدن زیرزمینی ایمن سازی نشده باشد

2. انفجارها
انفجارهای گاز متان زمانی اتفاق می افتد که معدن تهویه خوبی نداشته باشد. گاز جمع شده در تماس با یک منبع حرارتی منفجر می شود. اگر چه انفجارهای گرد و غبار ذغال کمتر رایج است، اما بسیار گسترده تر از انفجارهای متان است و غالباً پس از انفجار گازهای متان آغاز می شود. فشار ایجاد شده در اثر انفجار کوچک متان هم می تواند گرد و غبار ذغال سنگ را در هوا پراکنده نماید. هنگامی که گرد و غبار مشتعل شد، شعله حاصل می تواند به سرعت گسترش یافته و علاوه بر این که تمام اکسیژن و سوخت موجود، مقدار زیادی گاز سمی را نیز تولید کند.

3. سیلاب ها
روان اب های سطحی کنترل نشده ناشی از بارندگی های شدید یا جاری شدن سیلاب می تواند به سرعت باعث آب گرفتگی معادن شده و ثبات ساختارهای معدن را به خطر اندازد. در نتیجه منجر به فروریختن های مرگباری می شود که هم برای افراد درون معدن و هم برای افرادی که در بالای زمین هستند و به داخل معدن سقوط می­نمایند خطرناک و مرگبار باشد.

4. نشت های شیمیایی

در معادن از چندین ماده شیمیایی برای نگهداری سنگ های معدنی حفر شده استفاده می کنند تا بتوانند آنها را از حالت طبیعی به وضعیتی تبدیل کنند تا مورد استفاده تجاری قرار گیرند. وقتی این مواد شیمیایی با روش های ایمنی مناسب استفاده نشده و یا به­درستی ذخیره نشوند، ممکن است توسط افراد استنشاق گردد. استنشاق این بخارات خطرناک می تواند در دراز مدت به فیزیولوژی انسان آسیب جدی برساند.
برق گرفتگی، سیلیکوز، سیاه ریه، مسمومیت با رادون، استنشاق بخارهای جوشکاری، مسمومیت با جیوه و پارگی پرده گوش همه تهدیدهای دیگری است که برای معدن­کاران حادث می شود. در حالی که مقررات ایمنی فوق الذکر، تهدید برخی از این خطرات را تا حد زیادی کاهش داده است ، اما هنوز هم وجود دارد.

راه حل های انسانی و خودکار
1. هواپیماهای بدون سرنشین - پهپاد

کاربرد پهپاد دراکتشاف معدن یا ایمنی معدن در حال گسترش است ،و حاکی از آن است که توانایی پرواز در این صنعت، به سرعت و با موفقیت در حال تغییر پیشرفت است. استفاده از هواپیماهای بدون سرنشین برای استخراج، باعث غلبه بر برخی چالش های اساسی شده است. زمین ناپایدار، سقوط سنگ ها و مشاهده موانع کار در اطراف، نه تنها پایین رفتن و ترسیم معدن را برای شخص دشوار و خطرناک می کند ، بلکه می تواند از کار بیشتر هواپیماهای بدون سرنشین در سطح پائین نیز جلوگیری کند. یک ضربه سطح سخت می تواند پروانه پهپاد را شکسته و را زمین گیر کند.
مزیتی که پهپاد جدید الیوس ( Elios Drone) دارد آن است که مجهز به قاب محافظ فیبر کربن یا قفس دوار است که از پروانه ها ، دوربین و بدنه هواپیماهای بدون سرنشین در برابر آسیب محافظت می کند و همچنین به هنگام برخورد، آن را در هوا ثابت نگه می دارد. این پهپاد قبلاً با موفقیت برای کاوش در معدن پالادیوم لاک د ایلز (Lac des Iles) آمریکای شمالی در انتاریو کانادا مورد استفاده قرار گرفته است.

2.فناوری های انفجار

استخراج سنگ ها معمولاً توسط معدنچیان با حفر سوراخ در سنگ انجام می شود. سپس آن سوراخ ها را با مواد منفجره پر می­کنند تا سنگ­های موجود در سطح و زیرزمین برای استخراج از همدیگر جدا گردند. عمل انفجار برای معادن زیرزمینی خطر آتش­سوزی در پی دارد و همچنین به طور بالقوه باعث بی ثباتی و ریزش معدن می شود. پیشرفت های جدید در مورد مواد منفجره میکرو که همراه با زمان بندی و طراحی به کمک رایانه استفاده می شود، درکاهش خطرات ناشی از انفجار بسیار امیدوارکننده است. استفاده از مواد منفجره میکرو در کنترل اندازه قطعات کنده شده - کاهش هزینه­، زمان و انرژی مورد نیاز برای خرد کردن و آسیاب کردن پایین دستی موثر بوده است.

3. حفاری رباتیک

یک دکل حفاری خودکار برای حفر سنگ های سخت، راه حل موثری برای جابجایی سریع دکل به شرکت های معدنکار ارائه می دهد. در حال حاضر انواع مختلفی از دکل های خودکار در حال توسعه است، اما امیدوار کننده ترین آنها دکل های حفاری با باتری است که قادر به اجرای الگوهای حفاری انفجاری با سرعت و دقت بیشتری نسبت به انسان و یا سایر تجهیزاتی که توسط انسان اداره میشوند، هستند. دکلهای حفاری باتری دار ، برخلاف نمونه های دیزلی یا گازی آنها، بخارهای مضر اگزوز تولید نمی­کنند و نیز در کاهش هزینه­های تعمیر و نگهداری موثر بوده و اگر مجهز به شارژرهای سریع یا باتری های قابل تعویض باشند، نیاز به عملیات های طولانی مدت در استخراج معدن را بر آورده می کنند.

دکل های حفاری خودکار علاوه بر کارآیی بسیار زیاد در الگوهای حفاری توام با انفجار، می توانند به جدیدترین پیشرفت ها در تیغه های برش­دهنده و یا آماده سازی پیش­شرط هائی که برش سنگ را آسان تر می­کنند مجهز شوند. این فناوری ها شامل تهیه پیش­شرط های سنگ برای حفاری با جت های آب (Water Jets) ، محرک های حرارتی و انفجاری و همچنین سایر فناوری های در حال توسعه برای تضعیف سنگ است.

4. حامل های سنگ معدن خودران (Self-Driving Ore Carrier)
برای دور ماندن مردم از خطرات موجود در مناطق کاری، با استفاده از همان نوع فناوری اتوماسیون که در سایر وسایل نقلیه خودران دیده می شود، میتوان از وسایل انتقال سنگ معدن مانند تسمه های نقاله موجود در سطح زمین و یا زیرزمین که قادر به کار 24 ساعته هستند استفاده نمود .ارتفاع بعضی از این حامل های سنگ معدن سطحی بیش از سه طبقه است و با برنامه ریزی اتوماسیون به طور موثری کار می کنند. حامل های سنگ زیرزمینی با اسکنرهای راداری و لیزری مجهز شده اند که به آنها امکان می ­دهد در تاریکی از مناطقی عبور کنند که دارای خطرات تنفسی هستند. پیشرفت در فناوری باتری منجر به توسعه وسایل نقلیه الکتریکی باتری دار(BEVs- Battery Electric Vehicles) منجر به استخراج ساده تر، هم در سطح و هم در زیر زمین می شود.

بهرام موحد

مشاور طرح توسعه نوآوری ها و فناوری های حوزه زمین شناسی، معدن و صنایع معدنی معاونت علمی و فناوری