Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο Σχολή Μηχ. Μεταλλείων Μεταλλουργών Μέθοδοι Υπόγειας Εκμετάλλευσης Ελληνικές Εκμεταλλεύσεις

Transcript

1 Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο Σχολή Μηχ. Μεταλλείων Μεταλλουργών Μέθοδοι Υπόγειας Εκμετάλλευσης Ελληνικές Εκμεταλλεύσεις Α. Μπενάρδος, Επίκ. Καθηγητής Ε.Μ.Π. Αθήνα 2014

2 Πίνακας Περιεχομένων 1. Γενικά Εισαγωγή στις μεθόδους υπόγειας εκμετάλλευσης 1 2. Υπόγειες εκμεταλλεύσεις στην Ελλάδα 4 3. Υπόγειες εκμεταλλεύσεις στα ελληνικά βωξιτικά κοιτάσματα Μέθοδος των θαλάμων και στύλων Μέθοδος διαδοχικών υποορόφων με κατακρήμνιση οροφής Υπόγεια εκμετάλλευση μαρμάρων Υπόγεια εκμετάλλευση πολυμεταλλικών κοιτασμάτων (μικτών θειούχων αργύρου χρυσού χαλκού) Μέθοδος εναλλασσόμενων κοπών και λιθογομώσεων Υπόγεια εκμετάλλευση στο μεταλλείο Μαύρων Πετρών 19 Α. Μπενάρδος: Μέθοδοι Υπόγειας Εκμετάλλευσης (Ελληνικές Εκμεταλλεύσεις) i

3 1. Γενικά Εισαγωγή στις μεθόδους υπόγειας εκμετάλλευσης Η ανάπτυξη κοιτασμάτων σε μεγάλα βάθη κυρίως βάθη για τα οποία η εκμετάλλευσή τους από την επιφάνεια δεν μπορεί να γίνει με θετικό οικονομικό αποτέλεσμα οδηγεί στην διερεύνηση της εκμεταλλευσιμότητάς τους με υπόγειες μεθόδους. Οι υπόγειες μέθοδοι εκμετάλλευσης ουσιαστικά επιτυγχάνουν την πρόσβαση στο χώρο ανάπτυξης του κοιτάσματος μέσω έργων προσπελάσεως (στοές, φρέατα, κεκλιμένα και ελικοειδή κεκλιμένα) και την προσβολή και απόσπαση του μεταλλεύματος χωρίς να απαιτείται η μαζική μετακίνηση των υπερκείμενων στείρων πετρωμάτων (Σχήμα 1.1). Σχήμα 1.1. Υπόγεια εκμετάλλευση στο κοίτασμα Bingo (Καναδάς). Διακρίνονται οι υπόγειες στοές προσπέλασης και τα τμήματα του κοιτάσματος προς εκμετάλλευση (πηγή: Golden Band Resources Inc.) Βασικοί στόχοι μιας υπόγειας μεθόδου εκμετάλλευσης είναι η απόσπαση του κοιτάσματος από το περιβάλλον μητρικό πέτρωμα με τρόπο ώστε να εξασφαλίζεται: η μέγιστη δυνατή ασφάλεια του προσωπικού και του έργου, η βελτιστοποίηση της απόληψης (του ποσοστού του κοιτάσματος που μπορεί να αποσπαστεί) και η ελαχιστοποίηση του κόστους των εργασιών. Α. Μπενάρδος: Μέθοδοι Υπόγειας Εκμετάλλευσης (Ελληνικές Εκμεταλλεύσεις) 1

4 Οι μέθοδοι υπόγειας εκμετάλλευσης που έχουν αναπτυχθεί και χρησιμοποιούνται σήμερα είναι πάρα πολλές μπορούν όμως να καταταγούν σε 3 μεγάλες κατηγορίες (Σχήμα 1.2) και πιο συγκεκριμένα, τις μεθόδους εκμετάλλευσης: με κενά μέτωπα (open stopes), στις οποίες ο χώρος που απομένει μένει μετά την απόσπαση του μεταλλεύματος διατηρείται κενός με συνηθέστερα με φυσική υποστήριξη, δηλαδή η υποστήριξη παρέχεται κυρίως από το πέτρωμα. με γομούμενα μέτωπα (filling stopes), στις οποίες ο χώρος του κοιτάσματος που εκμεταλλεύεται πληρώνεται στη συνέχεια με τεχνητό τρόπο συνήθως από στείρα υλικά με κατακρημνιζόμενα μέτωπα (caving stopes), στις οποίες ο χώρος που έχει πραγματοποιηθεί η απόσπαση του μεταλλεύματος πληρώνεται με υλικά μέσω της κατακρήμνισης της οροφής του κοιτάσματος Μέθοδοι Υπόγειας Εκμετάλλευσης Με Υποστήριξη Χωρίς Υποστήριξη Φυσική υποστήριξη Τεχνητή υποστήριξη Θάλαμοι Στύλοι Διαδοχικοί όροφοι Μέθοδος βαθμίδων Άλλες μέθοδοι Γομούμενα μέτωπα Συμπυσσόμενο μέτωπο Ξύλινα πλαίσια Κατακρήμνιση πατώματος Κατακρήμνιση διαδοχικών ορόφων Επίμηκες μέτωπο Σχήμα 1.2. Διάκριση των βασικών μεθόδων εκμετάλλευσης. Η επιλογή της μεθόδου εκμετάλλευσης ενός κοιτάσματος επηρεάζεται από συγκεκριμένους παράγοντες όπως: Την θέση του κοιτάσματος στον χώρο και τα γεωμετρικά χαρακτηριστικά του (σχήμα, μέγεθος, κλίση). Τα φυσικά και μηχανικά χαρακτηριστικά του κοιτάσματος και των περιβαλλόντων πετρωμάτων. Την ποιότητα και την αξία του μεταλλεύματος. Τους επιθυμητούς ρυθμούς παραγωγής. Το κόστος του παραγόμενου προϊόντος. Την προστασία του περιβάλλοντος. Α. Μπενάρδος: Μέθοδοι Υπόγειας Εκμετάλλευσης (Ελληνικές Εκμεταλλεύσεις) 2

5 Η εκμετάλλευση ενός κοιτάσματος πραγματοποιείται σε τρεις βασικές φάσεις: Προσπέλαση: Πρόκειται για το πρώτο στάδιο, κατά το οποίο διανοίγονται οδοί πρόσβασης στην περιοχή ανάπτυξης του κοιτάσματος. Περιχάραξη: Αφορά στα προπαρασκευαστικά έργα εντοπισμού/επιβεβαίωσης των ορίων του κοιτάσματος καθώς και στην ανάπτυξη των υποστηρικτικών έργων (στοές, κεκλιμένα, κ.λπ.) που θα χρησιμοποιηθούν για την απόσπαση του κοιτάσματος από το μητρικό πέτρωμα. Μπορεί να γίνεται εντός και εκτός του χώρου ανάπτυξης του κοιτάσματος. Εξόφληση: Αποτελεί την τρίτη και πλέον αποδοτική φάση, κατά την οποία γίνεται η εκμετάλλευση της μάζας του κοιτάσματος, σύμφωνα με τις προδιαγραφές και παραδοχές της εκάστοτε ακολουθούμενης μεθόδου. Οι εργασίες εκμετάλλευσης (σε οποιαδήποτε φάση και αν ανήκει αυτή) γίνονται ως επί το πλείστον με τη χρήση εκρηκτικών υλών με τη μέθοδο διάτρησης ανατίναξης (drill and blast). Ουσιαστικά, εισάγονται εκρηκτικές ύλες εντός της μάζας του πετρώματος, η ανατίναξη των οποίων θραύει το πέτρωμα. Πρόκειται για ένα κύκλο παραγωγής, ο οποίος επαναλαμβάνεται συνεχώς μέχρι το πέρας του έργου. Τα βασικά στάδια του κύκλου εργασιών με τη μέθοδο διάτρησης ανατίναξης είναι τα ακόλουθα (Σχήμα 1.3): Σχήμα 1.3. Κύκλος εργασιών για την εξόρυξη. Διάτρηση: Η όρυξη διατρημάτων (οπών) με τη βοήθεια ενός διατρητικού φορείου υπογείων από το μέτωπο εκσκαφής εντός της μάζας του πετρώματος ώστε να τοποθετηθούν εκρηκτικά. Γόμωση: Η διαδικασία τοποθέτησης εκρηκτικών υλών στα διατρήματα. Α. Μπενάρδος: Μέθοδοι Υπόγειας Εκμετάλλευσης (Ελληνικές Εκμεταλλεύσεις) 3

6 Πυροδότηση: Η ανατίναξη των εκρηκτικών υλών ώστε να επιτευχθεί η διάρρηξη της συνοχής του πετρώματος. Αερισμός: Η απαγωγή των αερίων της ανατίναξης και του αεροφερόμενου κονιορτού (σκόνης) και η βελτίωση της ποιότητας αέρα στην περιοχή του μετώπου εκσκαφής. Αποκομιδή (μεταφορά): Η διαδικασία απομάκρυνσης των προϊόντων της ανατίναξης (θραυσμένου υλικού) από την περιοχή του μετώπου προς την επιφάνεια. Ξεσκάρωμα: Η διαδικασία εκούσιας και ελεγχόμενης απόσπασης επισφαλών και ασταθών τμημάτων/όγκων της οροφής ώστε να αποφευχθεί η μη ελεγχόμενη) πτώση τους στο μέλλον. Υποστήριξη: Η διαδικασία κατά την οποία εφαρμόζονται τεχνητά μέτρα ενίσχυσης της αντοχής του πετρώματος και κυρίως της οροφής. Γίνεται κυρίως είτε με την κοχλίωση της οροφής (εισαγωγή μεταλλικών ράβδων εντός διατρημάτων) είτε με την εφαρμογή ξύλινων ή μεταλλικών πλαισίων που υποστηρίζουν την διατομή του υπογείου έργου. 2. Υπόγειες εκμεταλλεύσεις στην Ελλάδα Σήμερα (2014) οι υπόγειες μεταλλευτικές εκμεταλλεύσεις συγκεντρώνονται σε 2 βασικές περιοχές στον Ελλαδικό χώρο, στην περιοχή Παρνασσού Γκιώνας και στην Χαλκιδική. Ακόμα όμως υπάρχουν και άλλες περιοχές που γίνεται υπόγεια εκμετάλλευση η οποία αφορά σε μαρμαροφόρα κοιτάσματα (π.χ. Πεντέλη, Δράμα) ή που πρόκειται να αρχίσουν υπόγειες εκμεταλλεύσεις (π.χ. Σάππες χρυσός, άργυρος, χαλκός και στην Εύβοια μαγνησίτης). Η περιοχή Παρνασσού Γκιώνας είναι ένα σημαντικό μεταλλευτικό κέντρο της χώρας και εκεί δραστηριοποιούνται 3 εταιρείες για την εξόρυξη βωξίτη (Ευρωπαϊκοί Βωξίτες Α.Ε., Δελφοί Δίστομο Α.Μ.Ε. και η ΕΛΜΙΝ Α.Ε.). Η συνολική ετήσια παραγωγή βωξίτη αγγίζει τους 2 εκατ. tn (~2% της παγκόσμιας παραγωγής) και σήμερα το μεγαλύτερο μέρος της εξορύσσεται από υπόγεια εργοτάξια (10 12 εργοτάξια με παραγωγή 1,0 1,5 εκατ. tn). H εκμετάλλευση των κοιτασμάτων γίνεται με τις μεθόδους θαλάμων και στύλων (room and pillar), καθώς και κατακρήμνισης οροφής με διαδοχικούς ορόφους (sub level caving). Το δεύτερο μεγάλο μεταλλευτικό κέντρο βρίσκεται στην περιοχή Στρατωνίκης στην Χαλκιδική. Εκεί η εταιρεία Ελληνικός Χρυσός Α.Ε. εκμεταλλεύεται με μεθόδους υπόγειας και επιφανειακής εκμετάλλευσης τα πολυμεταλλικά κοιτάσματα μεικτών θειούχων που αναπτύσσονται εκεί. Υπόγεια εκμετάλλευση γίνεται στο μεταλλείο των Μαύρων Πετρών ενώ βρίσκονται σε φάση ανάπτυξης το μεταλλείο Ολυμπιάδας καθώς και το μεταλλείο Σκουριών. Η βασική μέθοδος εκμετάλλευσης είναι αυτή των εναλλασσόμενων κοπών και λιθογομώσεων (συνήθως με ανερχόμενη φορά). Η παραγωγή του μεταλλείου Μαύρων Πετρών ανέρχεται περί τους tn μεταλλεύματος με μέσες περιεκτικότητες 8,3% Zn, 6,0% Pb, 170 gr/tn Ag. Πέρα από τα παραπάνω μεταλλευτικά κέντρα, υπάρχουν και άλλες υπόγειες εκμεταλλεύσεις όπως των μαρμαροφόρων κοιτασμάτων στην περιοχή του Διονύσου, από τα μέσα της δεκαετίας του 1990, ενώ πρόσφατα άρχισε υπόγεια εκμετάλλευση μαρμάρων στην περιοχή Α. Μπενάρδος: Μέθοδοι Υπόγειας Εκμετάλλευσης (Ελληνικές Εκμεταλλεύσεις) 4

7 του Νευροκοπίου Δράμας. Η μέθοδος που εφαρμόζεται είναι αυτή των θαλάμων και στύλων. Επίσης, στην περιοχή των Σαππών προγραμματίζεται η υπόγεια εκμετάλλευση του κοιτάσματος της Οχιάς με τη μέθοδο εναλλασσόμενων κοπών και λιθογομώσεων, ενώ στην περιοχή της Β. Εύβοιας επίσης προγραμματίζεται να γίνει υπόγεια εκμετάλλευση των κοιτασμάτων λευκόλιθου που αναπτύσσονται στην ευρύτερη περιοχή Μαντουδίου με μεθόδους είτε θαλάμων και στύλων είτε με κοπές και λιθογομώσεις. Υφιστάμενες υπόγειες εκμεταλλεύσεις Περιοχή Παρνασσού Γκιώνας: Βωξιτικές εκμεταλλεύσεις (S&B Α.Ε., Δελφοί Δίστομο Α.Ε., ΕΛΜΙΝ Α.Ε.) Περιοχή Χαλκιδικής: Εκμεταλλεύσεις χρυσού αργύρου μεικτών θειούχων (Ελληνικός Χρυσός Α.Ε.) Υπό μελέτη / ανάπτυξη Θράκη: Εκμετάλλευση χρυσού χαλκού (Μεταλλευτική Θράκης Α.Ε.) Εύβοια: Εκμετάλλευση λευκόλιθου (ΒΙΟΜΑΓΝ Α.Ε.) Αττική, Δράμα: Εκμετάλλευση μαρμάρων (Μάρμαρα Διόνυσου Α.Ε.Β.Ε., Ελληνοκινεζική Αξιοποίηση Λατομείων Α.Β.Ε.Ε.) Σχήμα 2.1. Υπόγειες εκμεταλλεύσεις στην Ελλάδα. 3. Υπόγειες εκμεταλλεύσεις στα ελληνικά βωξιτικά κοιτάσματα Οι υπόγειες μέθοδοι εκμετάλλευσης που χρησιμοποιούνται στα βωξιτικά κοιτάσματα του Ελλαδικού χώρου είναι κατά κύριο λόγο η μέθοδος των «θαλάμων και στύλων» (room andpillar mining) με διάφορες παραλλαγές, καθώς και η μέθοδος «κατακρήμνισης της οροφής με διαδοχικούς υποορόφους» (sublevel caving) Μέθοδος των θαλάμων και στύλων Η μέθοδος θαλάμων και στύλων (room and pillar) ανήκει στην κατηγορία των μεθόδων εκμετάλλευσης με κενά μέτωπα (open stopes), δηλαδή χαρακτηρίζεται από το γεγονός ότι ο κενός χώρος που δημιουργείται από τις εργασίες εκσκαφής, διατηρείται ανοικτός με τη βοήθεια της φυσικής υποστήριξης που παρέχεται από το πέτρωμα. Το πεδίο εφαρμογής της μεθόδου είναι τα οριζόντια ως μέτριας κλίσης στρωσιγενή κοιτάσματα ικανοποιητικής αντοχής, μικρού ή μεγάλου πάχους, τα οποία εντοπίζονται σε μικρό ως μέσο βάθος τα οποία έχουν ανθεκτική οροφή. Συγκεκριμένα, η κλίση των στρωμάτων πρέπει να είναι μικρότερη των 30 ο, το δε πάχος φθάνει συνήθως τα 10 m περίπου. Σε περίπτωση που το πάχος του βωξίτη Α. Μπενάρδος: Μέθοδοι Υπόγειας Εκμετάλλευσης (Ελληνικές Εκμεταλλεύσεις) 5

8 είναι μεγαλύτερο των 10 m τότε χρησιμοποιείται η μέθοδος θαλάμων και στύλων σε συνδυασμό με ξηρή λιθογόμωση. Κυρίως εφαρμόζεται σε βωξιτικά κοιτάσματα του γ βωξιτικού ορίζοντα. Η προσπέλαση των κοιτασμάτων γίνεται μέσω δύο τουλάχιστον στοών ή φρεάτων ή οποιουδήποτε συνδυασμού αυτών με σκοπό τόσο την εξυπηρέτηση της μεταφοράς του μεταλλεύματος όσο και την δημιουργία κατάλληλου κυκλώματος αερισμού. Στα περισσότερα βωξιτικά κοιτάσματα του Ελλαδικού χώρου συνήθως οι προσπελάσεις γίνονται με δύο στοές. Η πρώτη από αυτές βρίσκεται στο χαμηλότερο υψομετρικό επίπεδο ανάπτυξης του κοιτάσματος και από αυτή γίνεται και η αποκομιδή του μεταλλεύματος προς την επιφάνεια (στοά βάσης). Η δεύτερη τοποθετείται σε υψηλότερο υψομετρικό επίπεδο και συνήθως χρησιμοποιείται για την τοποθέτηση των εγκαταστάσεων αερισμού του μεταλλείου. Για την περιχάραξη και την ανάπτυξη της εκμετάλλευσης, αρχικά ορύσσονται ορισμένες στοές για την επικοινωνία του τμήματος εκμετάλλευσης με τις στοές βάσης με σκοπό την εξυπηρέτηση στην μεταφορά του μεταλλεύματος, αλλά στην συνέχεια το ρόλο αυτό εξυπηρετούν οι θάλαμοι που ορύσσονται κατά την εκμετάλλευση. Στη γενική εφαρμογή της μεθόδου θαλάμων και στύλων, το πέτρωμα εξορύσσεται μέσω ενός συστήματος παράλληλων στοών που οι άξονές τους ισαπέχουν. Στη συνέχεια ορύσσονται νέες στοές κάθετα ή με κάποια κλίση ως προς τις πρώτες. Με αυτό τον τρόπο δημιουργούνται στύλοι πετρώματος που στηρίζουν την οροφή (Σχήμα 3.1). Η ευστάθεια δηλαδή των θαλάμων επιτυγχάνεται χάρη στους στύλους και συγκεκριμένα χάρη στην εκμετάλλευση της φέρουσας ικανότητας αυτών. Σχήμα 3.1. Σχηματική απεικόνιση της μεθόδου θαλάμων και στύλων (πηγή: Atlas Copco). Α. Μπενάρδος: Μέθοδοι Υπόγειας Εκμετάλλευσης (Ελληνικές Εκμεταλλεύσεις) 6

9 Στην μέθοδο των θαλάμων και στύλων το μετάλλευμα εξορύσσεται αφήνοντας συγχρόνως τμήματα υπό μορφή στύλων για την υποστήριξη της οροφής. Οι διαστάσεις των ανοιγμάτων και των στύλων εξαρτώνται από τις εξής παραμέτρους: Το πάχος του κοιτάσματος (και ύψος του χώρου). Τις μηχανικές ιδιότητες του υπερκειμένου σχηματισμού (οροφής). Τις μηχανικές ιδιότητες του μεταλλεύματος. Το εντατικό πεδίο της ευρύτερης περιοχής. Τόσο η διάταξη των στύλων στο χώρο, όσο και η διατομή τους μπορεί να είναι κανονική (τετραγωνική ή ορθογωνική) ή ακανόνιστη ή μπορούν σε ειδικές περιπτώσεις να εκτείνονται πλευρικά σε μεγάλη έκταση υπό την μορφή τοιχείων (στύλοι φράχτες barrier pillars), οι οποίοι συνήθως χρησιμοποιούνται για τον διαχωρισμό και προστασία τμημάτων της εκμετάλλευσης. Συνηθέστερα, η μορφή των στύλων αλλά κυριότερα η θέση τους δεν είναι ομοιόμορφη, επιδιώκοντας την τοποθέτησή τους κατά το δυνατόν σε θέσεις όπου υπάρχουν τα πιο «φτωχά» σε περιεκτικότητα μεταλλεύματος σημεία του κοιτάσματος. Η ύπαρξη στύλων από το ίδιο το κοίτασμα αποτελεί απώλεια χρήσιμου υλικού. Για το λόγο αυτό, συχνά γίνεται η μείωση των διαστάσεων των στύλων στην τελική φάση της εκμετάλλευσης (φάση εξόφλησης), με σκοπό τη μεγιστοποίηση του συντελεστή απόληψης. Για την υλοποίηση της μεθόδου των θαλάμων και στύλων στα βωξιτικά κοιτάσματα διακρίνονται τρία διαφορετικά συστήματα ανάπτυξης: 1. Εκμετάλλευση σε οριζόντιο ή σχεδόν οριζόντιο κοίτασμα 2. Εκμετάλλευση σε κεκλιμένα κοιτάσματα (20 ο 30 ο ) 3. Εκμετάλλευση κοιτάσματος μεγάλου πάχους Εκμετάλλευση σε οριζόντια ή σχεδόν οριζόντια κοιτάσματα Στην εκμετάλλευση οριζόντιων ή παραοριζόντιων κοιτασμάτων δεν απαιτούνται πολλά προπαρασκευαστικά έργα. Συνήθως αυτά γίνονται εντός του κοιτάσματος, ακολουθώντας την επαφή του βωξίτη με την οροφή των υπερκειμένων ασβεστολίθων, παράλληλα με την προχώρηση των εργασιών για την δημιουργία των θαλάμων. Η εκμετάλλευση γίνεται με την όρυξη αρχικά στύλων μεγάλων διαστάσεων, οι οποίοι στη συνέχεια μειώνονται σε πάχος μέχρι να λάβουν τις τελικές διαστάσεις τους. Πολλές φορές οι άξονες των στοών μπορεί να σχηματίζει γωνία 45 ο με την κύρια στοά μεταφοράς για την βελτίωση των συνθηκών μεταφοράς και διευκόλυνσης του εξοπλισμού. Κατά το πέρας της εκμετάλλευσης, υπάρχει η δυνατότητα περαιτέρω μείωσης της διατομής τους και αντίστοιχα αύξησης της απόληψης βωξιτικού υλικού. Αρχικά γίνεται η όρυξη (οριζοντίων και κάθετων) στοών πλάτους 4 5m, σε απόσταση 12 13m μεταξύ τους αφήνοντας στύλους πετρώματος πλάτους 8m. Στη συνέχεια γίνεται η μείωση της Α. Μπενάρδος: Μέθοδοι Υπόγειας Εκμετάλλευσης (Ελληνικές Εκμεταλλεύσεις) 7

10 διατομής των στύλων στην τελική τους μορφή (πλάτος 5m) και αυξάνονται οι διαστάσεις των θαλάμων σε 7-8m. Στο Σχήμα 3.2 δίνεται μια χαρακτηριστική άποψη της εκμετάλλευσης με τη μέθοδο θαλάμων και στύλων. Ο εμπειρικός αυτός σχεδιασμός και διαστασιολόγηση των στύλων και των θαλάμων δίνει συνήθως καλά αποτελέσματα όσον αφορά στην ευστάθεια της εκμετάλλευσης. Επισημαίνεται όμως ότι χρειάζεται να εξετάζεται η ευστάθεια των στύλων με βάση είτε τις εμπειρικές σχέσεις που λαμβάνουν υπόψη τη θεωρία της συνεισφέρουσας επιφάνειας είτε με την επίλυση αριθμητικών μοντέλων. Σχήμα 3.2. Στάδια εκμετάλλευσης βωξιτικού κοιτάσματος με τη μέθοδο θαλάμων και στύλων. Σε κοιτάσματα μέτριου πάχους (5m - 10m), εφαρμόζεται πολύ συχνά η μέθοδος θαλάμων και στύλων με βαθμίδες (Βλ. Σχήμα 3.1). Δηλαδή γίνεται πρώτα η όρυξη του ανώτερου τμήματος του βωξιτικού θαλάμου και στη συνέχεια πραγματοποιείται η εκμετάλλευση του κατώτερου τμήματος είτε με τη μέθοδο των ορθών βαθμίδων είτε με οριζόντια διάτρηση (διάτρηση στρώσεων). Η μέθοδος αυτή εφαρμόζεται σε περιπτώσεις όπου η οροφή είναι ανθεκτικότερη από το κοίτασμα. Στην περίπτωση όπου το μετάλλευμα είναι ανθεκτικότερο από την οροφή τότε εφαρμόζεται η μέθοδος των ανεστραμμένων βαθμίδων. Στην περίπτωση αυτή γίνεται πρώτα η όρυξη του κατώτερου τμήματος του κοιτάσματος και εν συνεχεία η όρυξη του ανώτερου τμήματος γίνεται με διατρήματα που τοποθετούνται από κάτω προς τα πάνω (ανιούσα διάτρηση). Υπάρχει ακόμα η περίπτωση σε τμήματα κοιτάσματος μεγάλου πάχους να απαιτείται η δημιουργία προσωρινής ράμπας που διαμορφώνεται από σωρό θραυσμένου μεταλλεύματος. Α. Μπενάρδος: Μέθοδοι Υπόγειας Εκμετάλλευσης (Ελληνικές Εκμεταλλεύσεις) 8

11 Εκμετάλλευση σε κεκλιμένα κοιτάσματα Στην περίπτωση κεκλιμένων κοιτασμάτων εφαρμόζεται η μέθοδος εκμετάλλευσης, πάνω όμως στο κεκλιμένο επίπεδο, το οποίο επιτρέπει την λειτουργία αυτοκινούμενου εξοπλισμού στα μέτωπα εργασίας. Για τον σκοπό αυτό, από τη βάση ορύσσονται ανωφερικές «διαγώνιες» στοές μέχρι το ανώτατο σημείο του τμήματος εκμετάλλευσης. Στη συνέχεια, με σημεία εκκίνησης θέσεις της κεντρικής στοάς γίνεται η όρυξη διευθυντικών στοών (παράλληλα με την διεύθυνση του κοιτάσματος) από όπου και γίνεται η σταδιακή δημιουργία των στύλων, μέχρι τελικά να φτάσουν στις τελικές τους διαστάσεις (Σχήμα 3.3). Η εκμετάλλευση προχωρεί από το ανώτερο στο κατώτερο σημείο του τμήματος όπου βρίσκεται η κύρια στοά μεταφοράς και γίνεται η αποκομιδή του προϊόντος. Σχήμα 3.3. Εφαρμογή μεθόδου θαλάμων και στύλων σε κεκλιμένο επίπεδο με βαθμίδες. (πηγή: Atlas Copco). Εκμετάλλευση κοιτασμάτων μεγάλου πάχους Αυτή η παραλλαγή της μεθόδου των θαλάμων και στύλων εφαρμόζεται σε περιπτώσεις όπου το βωξιτικό κοίτασμα έχει πάχος που ξεπερνά τα 10m. Στις περιπτώσεις αυτές η εκμετάλλευση αρχίζει από τα βαθύτερα σημεία του κοιτάσματος (πάτωμα) και συνεχίζει σταδιακά προς τα πάνω μέχρι τη συνάντηση της ασβεστολιθικής οροφής. Πραγματοποιείται η αρχική διαμόρφωση των στύλων, ενώ στη συνέχεια γεμίζεται ο χώρος (λιθογόμωση) με στείρο υλικό δημιουργώντας ένα νέο πάτωμα εργασίας με μεγαλύτερο υψομετρικό επίπεδο (Σχήμα 3.4). Η φάση της λιθογόμωσης γίνεται είτε παράλληλα με την διεύρυνση του θαλάμου είτε μετά την ολοκλήρωση της διεύρυνσης. Α. Μπενάρδος: Μέθοδοι Υπόγειας Εκμετάλλευσης (Ελληνικές Εκμεταλλεύσεις) 9

12 Πιο αναλυτικά, ορύσσονται οι θάλαμοι με ύψος περίπου 6m, ακολουθεί η πλευρική διεύρυνσή τους και η αντίστοιχη μείωση των διαστάσεών των στύλων και τέλος γίνεται μερική λιθογόμωση σε τέτοιο ύψος ώστε να μπορούν να κινηθούν άνετα τα μηχανήματα εξόρυξης. Έπειτα με όρυξη διατρημάτων στην οροφή επιτυγχάνεται η άνοδος της εκμετάλλευσης καθώς χρησιμοποιείται ως πάτωμα η λιθογόμωση. Το μήκος της εκμετάλλευσης και το πάχος του βωξίτη που λαμβάνεται κάθε φορά είναι περίπου 2m 2,5m. Η διαδικασία αυτή συνεχίζεται μέχρι να συναντηθεί η επαφή του βωξίτη με τον υπερκείμενο ασβεστόλιθο, οπότε είτε εφαρμόζεται η μέθοδος στην τυπική της μορφή αφήνοντας δηλαδή τους στύλους ελεύθερους είτε συνεχίζεται η λιθογόμωση μέχρι την οροφή για καλύτερη προστασία της. Σχήμα 3.4. Εκμετάλλευση κοιτάσματος μεγάλου πάχους με την μέθοδο θαλάμων και στύλων. Διακρίνονται στα κατώτερα τμήματα οι περιοχές λιθογόμωσης (διακεκομμένες γραμμές). (πηγή: Atlas Copco). Η λιθογόμωση γίνεται συνήθως με τους συνήθεις φορτωτές υπογείων που διαθέτει το μεταλλείο. Στα πλαίσια όμως της περαιτέρω μηχανοποίησης των εργασιών μπορεί να χρησιμοποιηθεί και ειδικό μηχάνημα μεταφοράς και εκτόξευσης του υλικού λιθογόμωσης. Τέλος ως υλικό λιθογόμωσης στα ελληνικά βωξιτικά κοιτάσματα χρησιμοποιείται το στείρο προϊόν της εξόρυξης (ασβεστόλιθος). Μπορεί να χρησιμοποιηθούν ακόμα βέβαια και υλικά από το εργοστάσιο εμπλουτισμού. Α. Μπενάρδος: Μέθοδοι Υπόγειας Εκμετάλλευσης (Ελληνικές Εκμεταλλεύσεις) 10

13 3.2. Μέθοδος διαδοχικών υποορόφων με κατακρήμνιση οροφής Για τα κοιτάσματα βωξίτη των οποίων η κλίση υπερβαίνει τις 60 ο, εφαρμόζεται η μέθοδος των διαδοχικών υποορόφων με κατακρήμνιση της οροφής, που αφορά όμως πολύ μικρό αριθμό εκμεταλλεύσεων. Συνήθως, η μέθοδος βρίσκει εφαρμογή σε κοιτάσματα του β βωξιτικού ορίζοντα (ενδιάμεσου). Κατά τη συγκεκριμένη μέθοδο η εξόρυξη πραγματοποιείται μέσα σε διαδοχικούς ορόφους, με το κατώτερο τμήμα να αποσπάται με χρήση εκρηκτικών υλών, ενώ το ανώτερο να κατακρημνίζεται. Τα πλεονεκτήματα της μεθόδου αυτής είναι κυρίως το χαμηλό κόστος παραγωγής και η ελαχιστοποίηση των έργων προπαρασκευής που απαιτούνται. Ο βαθμός απολήψεως με την μέθοδο των διαδοχικών ορόφων είναι της τάξεως του 70%, όμως η εφαρμογή αυτής της μεθόδου έχει το πρόβλημα της αραίωσης του βωξίτη (μόλυνση μεταλλεύματος από στείρα ασβεστολιθικά υλικά που κατακρημνίζονται) κατά την φάση της εξόφλησης. Η γενική μορφή της εκμετάλλευσης είναι από τα ανώτερα τμήματα του μεταλλεύματος προς τα κατώτερα, δηλαδή με γενική φορά από πάνω προς τα κάτω (Σχήμα 3.5). Η προσπέλαση γίνεται με οριζόντιες ή κεκλιμένες στοές ανάλογα με την μορφολογία της περιοχής όπου βρίσκεται το κοίτασμα. Από τις στοές προσπελάσεως ορύσσονται οι στοές περιχαράξεως τραπεζοειδούς ή πεταλοειδούς μορφής με εμβαδόν 14m 2 (πλάτους 4m περίπου και ύψους 3,0 3,5m) στην διεύθυνση της παρατάξεως του κοιτάσματος και συνήθως στην επαφή με τους υπερκείμενους ασβεστόλιθους. Οι στοές εξορύσσονται με τη κλασική εφαρμογή της μεθόδου διάτρησης ανατίναξης και υποστηρίζονται με κοχλίες ή/και ξυλεία, όπου αυτό απαιτείται. Οι στοές αυτές ορίζουν και τους υποορόφους του κοιτάσματος, το ύψος των οποίων συνήθως κυμαίνεται μεταξύ 8 10 m. Σχήμα 3.5. Ανάπτυξη της μεθόδου εκμετάλλευσης διαδοχικών ορόφων με κατακρήμνιση οροφής σε βωξιτικά κοιτάσματα (Πέππας, 1995). Α. Μπενάρδος: Μέθοδοι Υπόγειας Εκμετάλλευσης (Ελληνικές Εκμεταλλεύσεις) 11

14 Η εξόφληση των υποορόφων αρχίζει από τα άκρα του τμήματος εκμετάλλευσης, κατά την οπισθοχώρηση. Στο Σχήμα 3.5 δίνεται σε τομή η γενική μορφή της εκμετάλλευσης με τη συγκεκριμένη μέθοδο. Όπως παρατηρείται υπάρχει μια προπορεία των ανώτερων υψομετρικά ορόφων όσον αφορά στις εργασίες κατακρήμνισης. Για την εξόρυξη του μεταλλεύματος αλλά και την ενεργοποίησης του μηχανισμού κατακρήμνισης γίνεται η όρυξη και η έναυση διατρημάτων που τοποθετούνται στην οροφή της στοάς. Συνηθέστερα αυτά ορύσσονται υπό μορφή βεντάλιας, έχουν κλίσεις 30 ο 35 ο και ορύσσονται μέχρι αποστάσεως 1 1,5m κατά από το δάπεδο του ανώτερου ορόφου με σκοπό την διατήρηση προσωρινά μικρής οροφής από βωξίτη προς μείωση της αραιώσεως του μεταλλεύματος με στείρα από την κατακρήμνιση. 4. Υπόγεια εκμετάλλευση μαρμάρων Η υπόγεια εκμετάλλευση μαρμάρου δίνει τη δυνατότητα να βελτιστοποιηθεί η αξιοποίηση των κοιτασμάτων για τα οποία η επιφανειακή τους εκμετάλλευση δεν μπορεί να γίνει είτε για οικονομικούς λόγους είτε για λόγους προστασίας του περιβάλλοντος. Η υπόγεια εκμετάλλευση μαρμαροφόρων κοιτασμάτων έχει τις ρίζες της στα αρχαία χρόνια με προεξέχουσα την υπόγεια εκμετάλλευση του "Λυχνίτη" στην περιοχή του οικισμού Μαράθι της Πάρου. Τα υπόγεια λατομεία εκεί λειτούργησαν για πρώτη φορά κατά τη πρωτοκυκλαδική εποχή, ενώ έφτασαν στην ακμή τους τον 5ο αιώνα π.χ. Προσπάθειες, αναβίωσης των υπόγειων εκμεταλλεύσεων εκεί έγιναν και κατά τα τέλη του 19ου αιώνα. Σήμερα, στην Ελλάδα οι υπόγειες εκμεταλλεύσεις μαρμάρου είναι δύο. Η πρώτη βρίσκεται στην περιοχή της Πεντέλης, στο χώρο της εκμετάλλευσης των "Μαρμάρων Διονύσου", η οποία άρχισε την δεκαετία του 90 και λειτουργεί έως και σήμερα. Η δεύτερη βρίσκεται στην περιοχή του Νευροκοπίου Δράμας, όπου και η εκμετάλλευση βρίσκεται στα αρχικά στάδια ανάπτυξης. Και στις δύο αυτές περιπτώσεις, η υπόγεια εκμετάλλευση αρχίζει από υφιστάμενα μέτωπα εξόρυξης, όπως χαρακτηριστικά φαίνεται στην φωτογραφία 4.1. Συνεπώς, πρόκειται για επέκταση της επιφανειακής εκμετάλλευσης και το μετασχηματισμό της σε υπόγειας. Στις χώρες του Ευρωπαϊκού Νότου η ανάπτυξη υπόγειων εκμεταλλεύσεων μαρμάρου έχει επίσης μεγάλη ιστορία αλλά και ένα δυναμικό παρόν. Τις πλέον σημαντικές και μεγάλες σε αριθμό εκμεταλλεύσεις έχει η Ιταλία. Ακολουθούν κατά σειρά η Ισπανία, η Κροατία και η Πορτογαλία. Ακόμα, σημαντικές εκμεταλλεύσεις υπάρχουν και σε άλλες χώρες της Ευρώπης και Αμερικής. Η εκμετάλλευση του κοιτάσματος γίνεται με τη χρήση συρματοκοπών ή αλισοπρίονων τα οποία αποτελούν τα βασικά μηχανήματα εξορύξεως του ογκομαρμάρου από τη φυσική του θέση (Φωτογραφία 4.2). Α. Μπενάρδος: Μέθοδοι Υπόγειας Εκμετάλλευσης (Ελληνικές Εκμεταλλεύσεις) 12

15 Φωτογραφία 4.1. Άποψη των εισόδων της υπόγειας εκμετάλλευσης μαρμάρων της εταιρείας Λατομείων Μαρμάρου Διονύσου AEBΕ (πηγή: Μάρμαρα Διονύσου AEBΕ). Φωτογραφία 4.2. Εργασίες εξόρυξης ογκομαρμάρων (πηγή: Μάρμαρα Διονύσου AEBΕ). Α. Μπενάρδος: Μέθοδοι Υπόγειας Εκμετάλλευσης (Ελληνικές Εκμεταλλεύσεις) 13

16 Η υπόγεια εκμετάλλευση γίνεται με μεθόδους με κενά μέτωπα και πιο συγκεκριμένα με την εφαρμογή της μεθόδου θαλάμων και στύλων (Σχήμα 3.1). Συνηθέστερα η εκμετάλλευση αρχίζει με την κατά μέτωπο προσβολή του κοιτάσματος (όρυξη του θαλάμου) και εν συνεχεία η εκμετάλλευση επεκτείνεται κατά βάθος με την δημιουργία ορθών βαθμίδων, έως ότου συναντηθεί το πέρας του κοιτάσματος (Φωτογραφία 4.3). Φωτογραφία 4.3. Άποψη εσωτερικού υπόγειας εκμετάλλευσης μαρμάρου. Διακρίνονται οι στύλοι του πετρώματος που έχουν αφεθεί και οι προηγούμενες ανώτερες βαθμίδες εκμετάλλευσης. Κατά τα αρχικά στάδια της εκμετάλλευσης, αλλά και σε παλαιότερες εκμεταλλεύσεις η μέθοδος θα μπορούσε να χαρακτηριστεί ως μέθοδος με κατά μέτωπο προσβολή (breast stoping), με ακανόνιστη διάταξη στύλων. Ακόμα και σήμερα όμως είναι αρκετά σύνηθες οι Α. Μπενάρδος: Μέθοδοι Υπόγειας Εκμετάλλευσης (Ελληνικές Εκμεταλλεύσεις) 14

17 στύλοι να μην έχουν «κανονική» μορφή διατομής (π.χ. τετραγωνική) αλλά να είναι ακανόνιστοι και να ορίζονται από τα εκάστοτε χαρακτηριστικά του μαρμαροφόρου κοιτάσματος. Έτσι, αν και οι θέσεις και διαστάσεις είναι εξ αρχής ορισμένες, μπορούν να γίνουν τροποποιήσεις στο μέγεθος και στη θέση των στύλων ώστε να βελτιστοποιηθεί η απόληψη των όγκων. Το πλάτος των θαλάμων μπορεί να φτάσει έως και τα m, ενώ οι στύλοι μπορεί να ξεπερνούν και τα 20 m σε πλάτος. Σημαντικό στοιχείο το οποίο χρειάζεται να ληφθεί υπ όψη για την ευστάθεια του χώρου είναι το τελικό ύψος του στύλου, το οποίο μπορεί να ξεπερνά και τα m σε έναν ορίζοντα της τάξης των ετών. Σημαντικό στοιχείο επομένως είναι η σωστή αρχική εκτίμηση της αντοχής του στύλου που τελικά θα καθορίσει και τις τελικές του διαστάσεις. Όσον αφορά στην υποστήριξη των ανοιγμάτων (θαλάμων) γίνεται κυρίως με τη χρήση κοχλιών ώστε να μπορούν να συγκρατούνται οι επισφαλείς όγκοι (σφήνες) που δημιουργούνται από τα υφιστάμενα επίπεδα ασυνεχειών. Αυτές του είδους οι αστοχίες είναι και οι πλέον συνήθεις και απαιτείται η καλή διερεύνηση των χαρακτηριστικών των ασυνεχειών (διεύθυνση, κλίση, άνοιγμα, τραχύτητα, κ.λ.π.), ώστε να γίνει και ο κατάλληλος προσανατολισμός της εκσκαφής και η τοποθέτηση των στύλων ώστε να μεγιστοποιηθεί η απόληψη των ογκομαρμάρων. Κοχλιώσεις επίσης μπορούν να γίνουν σε θέσεις παρειών των στύλων ή στις θέσεις εισόδου ώστε να διασφαλιστεί η ευστάθειά τους. Δεν χρησιμοποιούνται άλλα είδη υποστήριξης (εκτ. σκυρόδεμα, πλαίσια, κ.λ.π.) Το κόστος εκμετάλλευσης είναι αυξημένο σε σχέση με τις επιφανειακές εκμεταλλεύσεις. Παρά το γεγονός αυτό όμως, η υπόγεια εκμετάλλευση έχει να προσφέρει σημαντικά πλεονεκτήματα που μπορούν να λειτουργήσουν αντισταθμιστικά του αυξημένου κόστους. Αυτά αφορούν στην σημαντικότατη μείωση των περιβαλλοντικών επιπτώσεων, στην επίτευξη αυξημένης απόληψης ογκομαρμάρων καθώς και στη βελτίωση της ποιότητάς τους. Τέλος, μπορεί να γίνει η αξιοποίηση του χώρου για άλλες χρήσεις μετά το πέρας της εκμετάλλευσης. 5. Υπόγεια εκμετάλλευση πολυμεταλλικών κοιτασμάτων (μικτών θειούχων αργύρου χρυσού χαλκού) Η εκμετάλλευση των πολυμεταλλικών κοιτασμάτων και ιδιαιτέρως των κοιτασμάτων αργύρου και χρυσού μπορούν να δώσουν μια νέα διάσταση στις παραγωγικές δυνατότητες της χώρας. Μπορούν να διακριθούν δύο σημαντικά μεταλλευτικά κέντρα, αυτό της Χαλκιδικής (περιοχή Κασσάνδρας) και αυτό στην περιοχή της Θράκης (περιοχή Περάματος και Σαππών). Στην περιοχή της Χαλκιδικής λειτουργεί το μεταλλείο των Μαύρων Πετρών, ενώ βρίσκονται υπό μελέτη/ανάπτυξη τα μεταλλεία της Ολυμπιάδας και των Σκουριών. Στο μεταλλείο των Μαύρων Πετρών η εκμετάλλευση γίνεται υπόγεια, ενώ επίσης υπόγεια προτείνεται να γίνει και η εκμετάλλευση του κοιτάσματος Ολυμπιάδας. Για την περίπτωση του κοιτάσματος Σκουριών, το μεταλλοφόρο κοίτασμα που βρίσκεται κοντά στην επιφάνεια προτείνεται να Α. Μπενάρδος: Μέθοδοι Υπόγειας Εκμετάλλευσης (Ελληνικές Εκμεταλλεύσεις) 15

18 εκμεταλλευθεί επιφανειακά ενώ σε βαθύτερους ορίζοντες θα πραγματοποιηθεί υπόγεια μέθοδος εκμετάλλευσης. Σχήμα 5.1. Προτεινόμενη μορφή εκμετάλλευσης κοιτάσματος Σκουριών (πηγή: Ελληνικός Χρυσός). Στην Θράκη, στην περιοχή των Σαππών (Ν. Ροδόπης) έχουν εντοπιστεί δύο κοιτάσματα (Οχιάς και Αγίου Δημητρίου). Το κοίτασμα της Οχιάς προτείνεται να εκμεταλλευτεί με υπόγεια εκμετάλλευση (Σχήμα 5.2.) ενώ το κοίτασμα του Αγ. Δημητρίου θα εκμεταλλευτεί με την δημιουργία υπαίθριας εκμετάλλευσης. Στον Πίνακα 5.1 δίνονται επίσης τα χαρακτηριστικά της μεταλλοφορίας του. Σχήμα 5.2. Προτεινόμενη μορφή εκμετάλλευσης κοιτάσματος Οχιά (Αδάμ, 2005). Α. Μπενάρδος: Μέθοδοι Υπόγειας Εκμετάλλευσης (Ελληνικές Εκμεταλλεύσεις) 16

19 Πίνακας 5.1. Εκτιμώμενα αποθέματα κοιτάσματος Οχιάς Σαππών (Cape Lambert, 2011). Κατηγορία αποθεμάτων Οριακή περιεκτ. (g/t) Ποσότητα (t) Περιεκτικότητες Au (g/t) Ag (g/t) Cu (%) Ουγιές Χρυσού (oz) Πιθανά 4, ,2 8,8 0, Για όλες σχεδόν τις περιπτώσεις που η εκμετάλλευση των κοιτασμάτων θα γίνει υπόγεια, η επιλεχθείσα μέθοδος εκμετάλλευσης θα είναι αυτή των εναλλασσόμενων κοπών και λιθογομώσεων (Μαύρες Πέτρες, Ολυμπιάδα, Οχιά). Ακόμη όμως και στην περίπτωση του κοιτάσματος Σκουριών έχει επιλεχθεί μια παραλλαγή της μεθόδου των διαδοχικών ορόφων με κενά μέτωπα, η οποία προβλέπει την μετέπειτα πλήρωση των κενών που δημιουργούνται με υλικό λιθογόμωσης Μέθοδος εναλλασσόμενων κοπών και λιθογομώσεων Το βασικό χαρακτηριστικό της μεθόδου με λιθογόμωση είναι η αντικατάσταση του μεταλλοφόρου πετρώματος, που αποσπάται κατά την εκμετάλλευση, με νέο φερτό υλικό χαμηλής αξίας (π.χ. στείρα από εργοστάσιο εμπλουτισμού) που γεμίζει τα κενά που δημιουργούνται. Η μέθοδος επιδέχεται μεγάλης εκμηχάνισης αλλά και της χρησιμοποίησης διαφόρων τύπων υλικών λιθογόμωσης, από στείρα υλικά έως «πάστες» λιθογόμωσης (υλικά με προσθήκη τσιμέντου). Αντίστοιχα, μπορεί να λάβει χώρα προς τα πάνω ή προς τα κάτω (ανερχόμενη ή κατερχόμενη λιθογόμωση) (Σχήμα 5.3) ώστε να μπορεί να αντιμετωπίσει ποικίλα χαρακτηριστικά πετρωμάτων και μεταλλεύματος όσον αφορά στις μηχανικές ιδιότητές τους. Στην πιο απλή μορφή της εκμετάλλευσης, την ανερχόμενη λιθογόμωση, το μετάλλευμα εξορύσσεται σε οριζόντιες λωρίδες, ύψους 2 6 m (ορυσσόμενο σε μια ή περισσότερες φάσεις), αρχίζοντας από το χαμηλότερο σημείο του πατώματος και προχωρώντας προς τα πάνω. Έτσι, η τυπική εφαρμογή της μεθόδου περιλαμβάνει την αφαίρεση μιας στρώσης από την οροφή του μετώπου και καθώς το μετάλλευμα πέφτει στο δάπεδο, γίνεται η αποκομιδή του και εν συνεχεία η υποστήριξη της οροφής. Μετά το πέρας της εκμετάλλευσης της λωρίδας, η περιοχή γεμίζεται με υλικό λιθογόμωσης (συνήθως στείρο υλικό). Το υλικό αυτό αποτελεί ουσιαστικά το νέο δάπεδο εργασίας για να αρχίσει ένας νέος κύκλος εκμετάλλευσης στην νέα ανώτερη υψομετρικά λωρίδα. Στην περίπτωση της κατερχόμενης λιθογόμωσης, πραγματοποιείται η αντίστοιχη διαδικασία μόνο που πλέον η φορά εκμετάλλευσης είναι προς τα κάτω. Αυτό σημαίνει ότι μετά την λιθογόμωση της λωρίδας εκμετάλλευσης, η νέα εκμετάλλευση αρχίζει κάτω από την λιθογομωμένη περιοχή. Συνεπώς υπάρχουν ιδιαίτερες απαιτήσεις στο υλικό της λιθογόμωσης, καθώς πλέον πρέπει να φέρει τις τάσεις που δημιουργούνται στην οροφή, από την διάνοιξη της στοάς εκμετάλλευσης. Στις περιπτώσεις αυτές συνήθως προστίθεται Α. Μπενάρδος: Μέθοδοι Υπόγειας Εκμετάλλευσης (Ελληνικές Εκμεταλλεύσεις) 17

20 ένα ποσοστό τσιμέντου (4% 15%) στο υλικό ώστε να μπορεί να αποκτήσει την απαιτούμενη αντοχή. Σχήμα 5.3. Ανερχόμενη (overhand) και κατερχόμενη (underhand) λιθογόμωση. Η χρήση αυτοκινούμενου εξοπλισμού επιβάλλει την ανάπτυξη ελικοειδών κεκλιμένων (ραμπών) από όπου και γίνεται η τελική προσβολή του κοιτάσματος. Έτσι με σημείο εκκίνησης την ράμπα γίνεται η ανάπτυξη διαδοχικών κεκλιμένων (συνήθως 4 5, κλίσης 15%) έως ότου συναντηθεί το κοίτασμα (Σχήμα 5.4). Η αρχή γίνεται από το κατώτερο και μετά το πέρας της εκμετάλλευσης της κατώτερης πλάκας γίνεται η λιθογόμωσή της και ακολουθεί η όρυξη του επόμενου υψομετρικά κεκλιμένου από το οποίο γίνεται εκ νέου η προσβολή του κοιτάσματος και η λιθογόμωση. Βασικά πλεονεκτήματα των μεθόδων με λιθογόμωση είναι η εξασφάλιση της μέγιστης δυνατής ασφάλειας έναντι προβλημάτων επιφανειακών καθιζήσεων. Επίσης, η μείωση της ρηγμάτωσης των περιβαλλόντων πετρωμάτων αλλά και το γέμισμα των μετώπων με αδρανές συμπυκνωμένο υλικό ή ακόμα και με στερεοποιημένο υλικό με χρήση τσιμέντου μειώνει δραστικά την κίνηση των υπογείων υδάτων και την αποστράγγισή του μέσα από την περιοχή της μεταλλοφορίας, ελαχιστοποιώντας την οξείδωσή του αλλά και την εμφάνιση προβλημάτων όξινης απορροής. Σημαντικό επίσης πλεονέκτημα είναι η επίτευξη πολύ υψηλών συντελεστών απόληψης του κοιτάσματος της τάξης του 90 95%, αλλά και η μείωση του ποσοστού αραίωσης (ποσοστό στείρου υλικού που λαμβάνεται κατά την εκμετάλλευση). Ταυτόχρονα, δε Α. Μπενάρδος: Μέθοδοι Υπόγειας Εκμετάλλευσης (Ελληνικές Εκμεταλλεύσεις) 18

21 μπορεί να γίνεται και η υπόγεια διάθεση των απορριμμάτων του εμπλουτισμού αντί να αποτίθενται σε επιφανειακές εκτάσεις. Σχήμα 5.4. Άποψη της εκμετάλλευσης και του σχεδιασμού της ράμπας προσβολής για τη μέθοδο εναλλασσόμενων κοπών και λιθογομώσεων (ανερχόμενη). Το βασικό μειονέκτημα της μεθόδου είναι το υψηλό κόστος που παρουσιάζει το οποίο οφείλεται τόσο στην ανάγκη μεταφοράς του υλικού από την επιφάνεια στα υπόγεια μέτωπα όσο και στην εισαγωγή ακόμα μιας φάσης εργασίας (φάση λιθογόμωσης) που απαιτεί τη χρήση επιπλέον πόρων για το σκοπό αυτό αλλά και μειώνει την παραγωγικότητα της μεθόδου Υπόγεια εκμετάλλευση στο μεταλλείο Μαύρων Πετρών Το μεταλλείο των Μαύρων Πετρών έχει μια ιστορία πάνω από 100 ετών. Συνολικά, τα μεταλλευτικά αποθέματα του μεταλλείου ανέρχονται σε 1,64 εκατ. tn μετάλλευμα με περιεκτικότητα 8,3% ψευδάργυρο (Zn), 6,0% μόλυβδο (Pb), και 170 γραμμάρια ανά τόνο άργυρο (Ag) (Πίνακας 5.2). Η εκμετάλλευση γίνεται υπόγεια και πλέον βρίσκεται σε πλήρη ανάπτυξη (Σχήμα 5.5). Για την εκμετάλλευση του μεταλλείου Μαύρων Πετρών εφαρμόζεται η ανερχόμενη μέθοδος εναλλασσομένων κοπών και λιθογομώσεων υπό συνθήκες συνήθους διαστάσεων στοάς. Το κοίτασμα χωρίζεται σε ορόφους ύψους έως 6 m και η εκμετάλλευση αρχίζει από τον Α. Μπενάρδος: Μέθοδοι Υπόγειας Εκμετάλλευσης (Ελληνικές Εκμεταλλεύσεις) 19

22 κατώτερο και επεκτείνεται διαδοχικώς προς τους ανώτερους υψομετρικά ορόφους. Το μετάλλευμα που αντιστοιχεί σε κάθε όροφο περιχαράσσεται αρχικά με διευθυντική στοά στη στρώση του κοιτάσματος. Από την διευθυντική στοά εκκινούν εγκάρσιες και σχεδόν παράλληλες στοές, μέχρι να εντοπισθούν τα όρια της μεταλλοφορίας προς την οροφή του κοιτάσματος. Πίνακας 5.2. Υπολογισμός μεταλλευτικών αποθεμάτων μεταλλείου Μαύρων Πετρών (πηγή: Ελληνικός Χρυσός). Κατηγορία αποθέματος Mt Ag (g/t) Ag (Moz) Pb (%) Pb (kt) Zn (%) Zn (kt) Βέβαια 1, ,35 5, ,3 111,22 Πιθανά 0, ,65 5,97 17,91 8,3 24,9 Σύνολο 1, ,99 5,97 97,91 8,3 136,12 Σχήμα 5.5. Γενική άποψη της υπόγειας εκμετάλλευσης στο μεταλλείο των Μαύρων Πετρών (πηγή: Ελληνικός Χρυσός). Μετά την απόληψη του μεταλλεύματος, η στοά λιθογομώνεται. Η πλήρης λιθογόμωση του εξοφλημένου ορόφου γίνεται από τη στοά περιχάραξης του υπερκείμενου ορόφου με χρήση κατάλληλου πολφού λιθογόμωσης (υδραυλική λιθογόμωση) με την προσθήκη τσιμέντου. Δημιουργείται ανάχωμα στην αφετηρία της στοάς και εισαγωγή εντός της φραγμένης στοάς πολφού λιθογόμωσης με στόχο την απόλυτη πλήρωσή της. Όσον αφορά στην σύνθεση του μίγματος της λιθογόμωσης, η μέση αναλογία του υλικού λιθογόμωσης είναι τσιμέντο 10%, αδρομερή απόβλητα εμπλουτισμού 70% και νερό 20%. Α. Μπενάρδος: Μέθοδοι Υπόγειας Εκμετάλλευσης (Ελληνικές Εκμεταλλεύσεις) 20

23 Σημειώνεται ότι στο τσιμεντοκονίαμα το περιεχόμενο νερό βρίσκεται σε περίσσεια κυρίως για ελάττωση του ιξώδους και διευκόλυνση της υδραυλικής μεταφοράς του. Μετά την εναπόθεσή του, ο πολφός έχει τάση να αποβάλει την περίσσεια του νερού. Μετά από την πάροδο εύλογου χρονικού διαστήματος από την ολοκλήρωση της λιθογόμωσης, ο οποίος απαιτείται για να στερεοποιηθεί το υλικό λιθογόμωσης, το υλικό αυτό αποτελεί το δάπεδο εργασίας για την εκμετάλλευση του μεταλλεύματος από τον υπερκείμενο όροφο. Η εκμετάλλευση γίνεται με τη χρήση εκρηκτικών υλών. Η όρυξη των διατρημάτων γίνεται με ειδικό φορείο (jumbo διάτρησης) ενώ χρησιμοποιείται εκρηκτικό γαλάκτωμα και ηλεκτρικά καψύλια για την έναυση. Η υποστήριξη της οροφής γίνεται με τη χρήση αγκυρίων, τύπου Swellex, μήκους από 1,8 έως 4 m, σε κάνναβο 2 x 2 m σε πεσσοειδή διάταξη. Επιπλέον όπου απαιτείται γίνεται χρήση εκτοξευόμενου σκυροδέματος πάχους 10 cm περίπου και εγκατάσταση δομικού πλέγματος. Ακόμα, σε ιδιαίτερα δυσμενείς συνθήκες μπορεί να γίνει η τοποθέτηση μεταλλικών πλαισίων ή και ξύλινων υποστυλωμάτων. Σε κάθε όροφο, η εκμετάλλευση διενεργείται ανάλογα με το πάχος του κοιτάσματος είτε με διαμήκεις, κατά την διεύθυνση του κοιτάσματος, στοές εκμετάλλευσης (Σχήμα 5.6) για περιπτώσεις όπου το κοίτασμα έχει μικρό πάχος, είτε με εγκάρσιες στοές εκμετάλλευσης (Σχήμα 5.7), οι οποίες εκκινούν από τις στοές βάσης του κοιτάσματος και αναπτύσσονται μέχρι τα όρια της οροφής, για κοιτάσματα μεγάλου πάχους. B Τομή AB Στοά προπαρασκευής A Στοάς προπαρασκευής Σχήμα 5.6. Κάτοψη διαμήκους εκμετάλλευσης σε μικρού πάχους κοίτασμα (πηγή: Ελληνικός Χρυσός). Α. Μπενάρδος: Μέθοδοι Υπόγειας Εκμετάλλευσης (Ελληνικές Εκμεταλλεύσεις) 21

24 A B Στοά προπαρασκευής Τομή AB Σχήμα 5.7. Κάτοψη εγκάρσιας εκμετάλλευσης σε μεγάλου πάχους κοίτασμα (πηγή: Ελληνικός Χρυσός). Στα τμήματα του κοιτάσματος όπου το πάχος είναι μεγαλύτερο των 30 m, η εκμετάλλευση διενεργείται με όρυξη εγκαρσίων στοών, ενώ στα τμήματα όπου το πάχος είναι μικρότερο των 30 m, η εκμετάλλευση διενεργείται με την όρυξη διαμήκων στοών. Οι διαμήκεις στοές ορύσσονται παράλληλα μεταξύ τους και σε αξονικές αποστάσεις μεγαλύτερες των 12 m, εφόσον καθίσταται δυνατό για το εκάστοτε πάχος του κοιτάσματος, αφενός προς εξασφάλιση των συνθηκών ευστάθειας και αφετέρου ώστε να παρέχεται περιθώριο παρέλευσης ικανού χρόνου απαραίτητου για την απόκτηση της απαιτούμενης αντοχής στο υλικό λιθογόμωσης. Εάν το πάχος του κοιτάσματος είναι σημαντικά μικρότερο, τότε οι διαμήκεις στοές εκμετάλλευσης ορύσσονται παράλληλα και εν επαφή. Στις εν λόγω περιπτώσεις, μετά την ολοκλήρωση της εξόρυξης σε κάθε διαμήκη στοά διενεργείται λιθογόμωση και μετά από την παρέλευση ικανού χρονικού διαστήματος (28 ημερών), ώστε να αποκτήσει την απαιτούμενη αντοχή το υλικό λιθογόμωσης, διενεργείται εξόρυξη στην αμέσως επόμενη στοά εκμετάλλευσης. Α. Μπενάρδος: Μέθοδοι Υπόγειας Εκμετάλλευσης (Ελληνικές Εκμεταλλεύσεις) 22