ΣΧΕ ΙΑΣΜΟΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΥΠΟΓΕΙΩΝ ΕΡΓΩΝ ΓΙΑ ΤΗΝ ΕΚΜΕΤΑΛΛΕΥΣΗ ΜΕΤΑΛΛΕΥΤΙΚΩΝ ΚΟΙΤΑΣΜΑΤΩΝ

Transcript

1 Γ. Ε. Εξαδάκτυλου Καθηγητού ΣΧΕ ΙΑΣΜΟΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΥΠΟΓΕΙΩΝ ΕΡΓΩΝ ΓΙΑ ΤΗΝ ΕΚΜΕΤΑΛΛΕΥΣΗ ΜΕΤΑΛΛΕΥΤΙΚΩΝ ΚΟΙΤΑΣΜΑΤΩΝ Πολυτεχνείο Κρήτης Τµήµα Μηχανικών Ορυκτών Πόρων Χανιά Οκτώβριος 2005

2 Εξόρυξη συστήµατος υπογείων στοών & θαλάµων, όπου φαίνεται και η προσπέλαση µε φρέαρ 2

3 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ...1 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ...3 KΕΦΆΛΑΙΟ ΜΈΘΟ ΟΙ ΥΠΌΓΕΙΑΣ ΕΚΜΕΤΆΛΛΕΥΣΗΣ ΕΙΣΑΓΩΓΉ ΜΕΤΑΛΛΕΥΤΙΚΉ ΟΡΟΛΟΓΊΑ ΓΕΝΙΚΉ ΑΝΑΦΟΡΆ ΣΤΑ ΜΟΝΤΈΛΑ ΠΕΡΙΓΡΑΦΉΣ ΤΩΝ ΜΕΘΌ ΩΝ ΥΠΌΓΕΙΑΣ ΕΚΜΕΤΆΛΛΕΥΣΗΣ ΤΕΧΝΙΚΟΊ ΠΑΡΆΓΟΝΤΕΣ ΠΟΥ ΑΠΑΙΤΟΎΝΤΑΙ ΓΙΑ ΤΟΝ ΣΧΕ ΙΑΣΜΌ ΕΝΌΣ ΜΕΤΑΛΛΕΊΟΥ...20 KΕΦΆΛΑΙΟ ΠΕΡΙΓΡΑΦΉ ΜΕΘΌ ΩΝ ΕΚΜΕΤΆΛΛΕΥΣΗΣ ΕΙΣΑΓΩΓΉ ΜΈΘΟ ΟΙ ΕΚΜΕΤΆΛΛΕΥΣΗΣ ΜΕ ΚΕΝΆ (ΑΝΟΙΚΤΆ) ΜΈΤΩΠΑ Μέθοδος της κατά µέτωπον προσβολής (Breast Stoping) µε εγκατάλειψη Στύλων Μέθοδος των Θαλάµων και Στύλων Μέθοδος των βαθµίδων άνευ εγκαταλείψεως στύλων Μέθοδος των ιαδοχικών Ορόφων µε κενά µέτωπα...80 Ανακεφαλαίωση : Αντιµετώπιση κοιτασµάτων µεγάλου πάχους Μέθοδος Aνεστραµµένου Κρατήρα (VCR) ΜΈΘΟ ΟΙ ΕΚΜΕΤΆΛΛΕΥΣΗΣ ΜΕ ΛΙΘΟΓΟΜΟΎΜΕΝΑ ΜΈΤΩΠΑ Μέθοδος του Συµπτυσσοµένου Μετώπου Μέθοδος ιαδοχικών Κοπών και Λιθογοµώσεων Μέθοδος των Ξύλινων Πρισµατικών Πλαισίων Μέθοδος Επιµήκους Μετώπου µε Λιθογόµωση Μέθοδος Οριζοντίων ιαδοχικών Πλακών εξορυσσόµενων κατά εγκάρσιες λωρίδες ΜΈΘΟ ΟΙ ΜΕ ΚΑΤΑΚΡΉΜΝΙΣΗ ΤΗΣ ΟΡΟΦΉΣ Μέθοδος ιαδοχικών Ορόφων µε Κατακρήµνιση Μέθοδος Κατακρηµνισης Πατώµατος Μέθοδος Επιµήκους Μετώπου µε Κατακρήµνιση της Οροφής Μέθοδος Κοπών κατά Πλάκες από την Κορυφή ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΊΑ 2 ΟΥ ΚΕΦΑΛΑΊΟΥ KΕΦΆΛΑΙΟ ΜΕΤΑΛΛΕΥΤΙΚΉ ΓΕΩΜΗΧΑΝΙΚΉ ΤΑΞΙΝΌΜΗΣΗ ΤΗΣ ΜΆΖΑΣ ΤΟΥ ΠΕΤΡΏΜΑΤΟΣ (MRMR) ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΊΑ 3 ΟΥ ΚΕΦΑΛΑΊΟΥ ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ 3 ου Κεφαλαίου

4 Kεφάλαιο 1 Μέθοδοι υπόγειας εκµετάλλευσης 4

5 1.1. Εισαγωγή Με τον όρο «µέθοδος εκµετάλλευσης» εννοείται η διάρθρωση όλων των απαραιτήτων για την εξόρυξη (απόσπαση πετρώµατος από την φυσική του θέση) εργασιών στην κλίµακα του εργοταξίου. Για τον προσδιορισµό της εκµετάλλευσης ενός κοιτάσµατος, τα πρώτα στοιχεία που λαµβάνονται υπόψη και επιτρέπουν την περαιτέρω έρευνα προκύπτουν από: α) γεωλογικο-τεκτονικές χαρτογραφήσεις β) δειγµατοληπτικές γεωτρήσεις γ) γεωφυσικές µεθόδους (π.χ. σεισµικών ή γεωηλεκτρικών διασκοπήσεων κ.λπ.) δ) από ερευνητικά υπόγεια έργα ( φρέατα, κεκλιµένα. ή στοές) ε) γεωχηµικές αναλύσεις Κατόπιν, εφόσον τα αποτελέσµατα της µεταλλευτικής έρευνας είναι θετικά, ερευνάται η βέλτιστη µέθοδος εκµετάλλευσης, δηλαδή η διαδικασία εξόρυξης µεταλλεύµατος από το µέτωπο εργασίας του κάθε τοµέα και η αλληλουχία των βοηθητικών εργασιών, ή ο βέλτιστος συνδυασµός µεθόδων εκµετάλλευσης που πρόκειται να εφαρµοσθεί. Κατόπιν επιλέγεται ο τρόπος εφαρµογής της µεθόδου, έτσι ώστε να ανταποκρίνεται τόσο στα γεωµηχανικά και γεωµετρικά δεδοµένα του κοιτάσµατος όσο και στις ανάγκες της οικονοµικότητας, παραγωγής, αποληψιµότητας και της ασφάλειας. Όλα τα παραπάνω δεδοµένα ορίζουν τελικά το σύστηµα εκµετάλλευσης, δηλαδή τον καθορισµό των τοµέων που θα διαιρεθεί το κοίτασµα και την αλληλουχία των έργων επί των τοµέων, που πρόκειται να εφαρµοστεί και την οικονοµικότητα του. Στην συνέχεια της µελέτης εκµεταλλευσιµότητας µελετώνται και άλλοι σηµαντικές παράµετροι όπως τα λειτουργικά, κατασκευαστικά κόστη καθώς και τα κόστη προώθησης του προϊόντος στην αγορά όπου τελικά ο συνδυασµός των κριτηρίων αυτών καθορίζει την οικονοµικότητα της εκµετάλλευσης. Γενικά, το πρόβληµα επιλογής µεθόδου εκµετάλλευσης παρουσιάζεται σε δύο περιπτώσεις: Σε νέα µελέτη εκµετάλλευσης κοιτασµάτων Στην περίπτωση τροποποίησης ήδη υπάρχουσας µεθόδου εκµετάλλευσης 5

6 Στην πρώτη περίπτωση, τα δεδοµένα είναι περιορισµένα και ασαφή, µε αποτέλεσµα την συνεχή τους µεταβολή. Από την άλλη πλευρά όµως, οι περιορισµοί είναι λιγότεροι και ο σχεδιασµός της εκµετάλλευσης προσαρµόζεται εύκολα στην επιλεγόµενη µέθοδο εκµετάλλευσης. Στην δεύτερη περίπτωση, υπάρχει µεγαλύτερο πλήθος δεδοµένων όπως το ακριβές µέγεθος του κοιτάσµατος, οι γεωµηχανικές του ιδιότητες, η κατανοµή περιεκτικότητας µεταλλεύµατος κ.λπ. Τα στοιχεία που ορίζουν την επιλογή µίας νέας µεθόδου είναι ευδιάκριτα και σαφή. Για παράδειγµα, η αγορά του νέου εξοπλισµού για αύξηση της παραγωγικότητας, η ανάγκη µεταβολής της ροής εργασιών κ.λπ. οδηγούν στην εφαρµογή άλλης µεθόδου εκµετάλλευσης από την µέχρι πρότινος εφαρµοζόµενη. Γενικά, µπορεί να λεχθεί ότι στην περίπτωση λειτουργούντων εκµεταλλεύσεων, η προτεινόµενη µέθοδος εφαρµόζεται και περιορίζεται από τον ήδη υπάρχοντα σχεδιασµό της εκµετάλλευσης, ενώ στην πρώτη περίπτωση ο σχεδιασµός της εκµετάλλευσης προσαρµόζεται στην προτεινόµενη µέθοδο. Χωρίς αµφιβολία, η µέθοδος εκµετάλλευσης βρίσκεται στο επίκεντρο κάθε µεταλλευτικής δραστηριότητας, διότι στοχεύει στην µεγιστοποίηση της απόληψης του µεταλλεύµατος. Το Σχ δείχνει την θέση της Μεθόδου Εκµετάλλευσης σε σχέση µε τις άλλες διαδικασίες που απαρτίζουν µια εκµετάλλευση. 6

7 Εντοπισµός Εξόρυξη Εµπλουτισµός Μεταφορά Πώληση Βοηθητικές Εργασίες Εργα Προπαρασκευής Παραγωγή Αποκοµιδή Μέθοδος Εκµετάλλευσης Σχεδιασµός Σχ : Σχηµατική απεικόνιση της θέσεως της Μεθόδου Εκµετάλλευσης εντός του Μεταλλευτικού συστήµατος Πρέπει να τονιστεί πως όλοι οι παράγοντες που φαίνονται στο σχήµα αλληλεπιδρούν µεταξύ τους, καθώς και ότι το σύστηµα που παρουσιάζεται στο σχήµα δεν είναι κλειστό αλλά τα περισσότερα στοιχεία του επηρεάζονται από εξωγενείς παράγοντες κατά την διάρκεια ζωής της εκµετάλλευσης. Επίσης, η επιλογή της Μεθόδου Εκµετάλλευσης καθορίζει αντίστοιχα την χρονική διάρκεια του έργου καθώς και την ποσότητα του µεταλλεύµατος που θα εξορυχθεί. Τέλος, ο τρόπος καθορισµού των απολήψιµων αποθεµάτων επηρεάζει άµεσα τόσο την οικονοµικότητα της εκµετάλλευσης όσο και την επιλογή της µεθόδου εκµετάλλευσης που θα εφαρµοστεί. 7

8 Πάντως, πρέπει να µην δεσµεύεται απόλυτα η µέθοδος εκµετάλλευσης από τον τρόπο καθορισµού των αποθεµάτων, διότι ο τρόπος αυτός είναι δυναµική συνάρτηση της τιµής του µεταλλεύµατος και του ρυθµού παραγωγής. Η µέθοδος εκµετάλλευσης αποτελεί ένα πολύ σηµαντικό στοιχείο στην εξέλιξη της µελέτης εκµετάλλευσης. Παρ' ότι η µέθοδος εκµετάλλευσης είναι υποστοιχείο της µελέτης, η επιλογή της είναι εξαιρετικά σηµαντική για την εξέλιξη της. Η θέση της µεθόδου εκµετάλλευσης φαίνεται στο Σχ , ανάλογα µε την παρουσίαση του Τhomas (1987). Στον οριζόντιο άξονα βρίσκεται η εξέλιξη της έρευνας, στον κατακόρυφο τα έξοδα για το κάθε στάδιο της µελέτης και οι µαύρες µπάρες αντιστοιχούν στην χρονική διάρκεια της κάθε επιµέρους µελέτης. Αρχή της Μελέτης Αρχή της Παραγωγής Κατασκευή Μηχανοτεχνία Επένδυση Έρευνα Αγοράς Σκοπιµότητα Ανίχνευση Επιλογή Μεθόδου Επενδύσεις Χρονική εξέλιξη του έργου Σχ : Σύνολο επενδύσεων και συσχετισή τους µε τον σχεδιασµό των εργασιών κατα την εξέλιξη του µεταλλευτικού έργου. Τα αποτελέσµατα της µελέτης σκοπιµότητας καθορίζουν το αν θα συνεχιστεί ή όχι η έρευνα. Η σωστή εξαγωγή αποτελεσµάτων καθορίζει και την εξέλιξη όλου του έργου. Ποιο συγκεκριµένα, αν η µελέτη σκοπιµότητας συγκλίνει υπέρ της προχώρησης της έρευνας και της εκµετάλλευσης, ενώ στην πραγµατικότητα δεν έχουν ληφθεί υπόψη κάποιοι παράµετροι που την καθιστούν αντιοικονοµική, τότε θα δαπανηθεί εσφαλµένα µεγάλη ποσότητα κεφαλαίων. Αν η µελέτη σκοπιµότητας συγκλίνει αρνητικά προς την συνέχιση της µεταλλευτικής έρευνας, ενώ στην πραγµατικότητα τα δεδοµένα που καθόρισαν την απόφαση είναι εσφαλµένα ή ελλειπή, τότε θα χαθούν κάποια µικρά επενδυτικά κεφάλαια που δαπανήθηκαν στα 8

9 προηγούµενα στάδια έρευνας και η επιχείρηση δεν θα αξιοποιήσει κατά τον καλύτερο τρόπο τους πόρους (κεφάλαια και αποθέµατα) που κατέχει στην πραγµατικότητα. Πάντως, αξίζει να τονιστεί πως το κόστος είναι πολύ υψηλότερο στην πρώτη περίπτωση παρά στην δεύτερη. Ο τρόπος που επηρεάζει η επιλογή της µεθόδου εκµετάλλευσης την µελέτη σκοπιµότητας είναι δυναµικός και αµφίδροµος. Ποιο συγκεκριµένα τα δεδοµένα στα οποία στηρίζεται η µελέτη σκοπιµότητας την κατευθύνουν στην επιλογή της µεθόδου. Αντίστροφα, ο καθορισµός της µεθόδου εκµετάλλευσης υπάγεται στον συνεχή έλεγχο της µελέτης σκοπιµότητας. Πρέπει να τονιστεί ότι η µέθοδος εκµετάλλευσης όταν εφαρµοστεί είναι µη αντιστρεπτή διαδικασία και κάθε σφάλµα που φέρει καθορίζει τον όγκο των αποθεµάτων που θα αποληφθούν και τη ζωή του µεταλλείου, την ασφάλεια των εργασιών, και γενικότερα την οικονοµικότητα της. 9

10 1.2. Μεταλλευτική ορολογία Σ αυτήν την ενότητα παρατίθεται ελληνική και αντίστοιχη αγγλική επιστηµονική ορολογία που εφαρµόζεται γενικά στην περιγραφή µεθόδων εκµεταλλεύσεως µεταλλευτικών κοιτασµάτων, µε σκοπό την ευκολότερη κατανόηση τους. Εξ ορισµού, µεταλλευτικό κοίτασµα είναι ο καταλαµβανόµενος από πέτρωµα γεωµετρικός χώρος. Μετάλλευµα είναι ειδικός τύπος πετρώµατος στην σύνθεση του οποίου συµµετέχουν ωφέλιµα ορυκτά σε τέτοιο ποσοστό ώστε το εν λόγω πέτρωµα να αποκτά βιοµηχανική σηµασία. Παρακάτω παρουσιάζονται τέσσερις διαφορετικές κατηγορίες όρων, ήτοι: 1. Η πρώτη κατηγορία αντιστοιχεί στα γεωµορφολογικά χαρακτηριστικά των κοιτασµάτων και ποιο συγκεκριµένα στην γεωλογική ταξινόµηση των και τον προσανατολισµό τους: Ιζηµατογενή ή Στρωσιγενή (bedded, tabular): Κοιτάσµατα ιζηµατογενούς προελεύσεως, παράλληλα µε την στρώση των σχηµατισµών που έχουν συνήθως µεγάλη οριζόντια ανάπτυξη αλλά µικρό σχετικά πάχος. Μικρά Φλεβικά (narrow vein): Κοιτάσµατα µικρού πλάτους, µεγάλου µήκους κατά την έννοια της παράταξης και µεγάλης κλίσης. Μεγάλα Φλεβικά (wide vein): Κοιτάσµατα µέτριου πάχους, µεγάλου µήκους και µεγάλης κλίσης. Προσχωσιγενή (placer): Κοιτάσµατα επιφανειακής εµφάνισης µεγάλης οριζόντιας ανάπτυξης, που περιέχουν ψήγµατα χρήσιµων ορυκτών σε φερτό υλικό. Συµπαγή (massive): Κοιτάσµατα σηµαντικής οριζόντιας και κατακόρυφης ανάπτυξης µε σχετικά οµοιόµορφη κατανοµή του µεταλλεύµατος. Φακοειδή (lenticular, pocket): Κοιτάσµατα περιορισµένης κατακόρυφης και οριζόντιας έκτασης σε σχήµα ελλειψοειδούς. ιεύθυνση (Strike): Καλείται η γωνία ως προς το Βορρά του ίχνους της επιφανείας στο οριζόντιο επίπεδο αναφοράς. Κλίση (dip): Καλείται η γωνία που σχηµατίζει η µελετούµενη επιφάνεια (ή κοίτασµα) µε την οριζόντιο και περιέχει και την έννοια της φοράς βύθισης π.χ, 38 0 Ν σηµαίνει ότι η µελετούµενη επιφάνεια κλίνει 38 0 προς τον Νότο. 2. Η δεύτερη κατηγορία αντιστοιχεί στα τεχνικά χαρακτηριστικά των µεθόδων εκµετάλλευσης. Ποιο συγκεκριµένα, τα κυριότερα υπόγεια έργα είναι: 10

11 Βαθµίδες (Benches): Το πέτρωµα εξορύσσεται επί κατακόρυφης ή παρακατακόρυφης επιφάνειας, το κατώτερο άκρο της οποίας διαµορφώνεται σε οριζόντιο επίπεδο που ονοµάζεται δάπεδο βαθµίδας ενώ η κεκλιµένη πλευρά που αποτελεί την επιφάνεια προσβολής καλείται πρόσοψη. ιευθυντική Στοά ή Ανάπτυξης (drift): Κύριο ή δευτερεύων οριζόντιο ή παραοριζόντιο άνοιγµα, παράλληλο µε την παράταξη του κοιτάσµατος. Εγκάρσιο (crosscut): Τριτεύων οριζόντιο άνοιγµα που συνδέει στοές. Ελικοειδές κεκλιµένο (ramp): Κύριο κεκλιµένο άνοιγµα που συνδέει την επιφάνεια µε τα υπόγεια. Θάλαµος (room): Οριζόντιο υπόγειο άνοιγµα εκµετάλλευσης (συνήθως σε στρωσιγενή κοιτάσµατα). Καµινέτο (raise): ευτερeύον κατακόρυφο ή σχεδόν κατακόρυφο άνοιγµα µικρής διαµέτρου που συνδέει πατώµατα ή υποπατώµατα και εξορύσσεται από κάτω προς τα πάνω. Κεκλιµένο (inclined shaft): Κύριο κεκλιµένο άνοιγµα που συνδέει την επιφάνεια µε τα υπόγεια. Λούκι µεταλλεύµατος (ore pass): Κατακόρυφο ή παρακατακόρυφο άνοιγµα µέσω του οποίου γίνεται η κίνηση του θραυσµένου υλικού λόγω βαρύτητας. Μεγάλος Θάλαµος ή άνοιγµα (stope) : Ανοιγµα εκµετάλλευσης οποιασδήποτε κλίσης, µε διαστάσεις µεγαλύτερες από αυτές των στοών ανάπτυξης. Mέτωπο εργασίας (face): Το περιορισµένο τµήµα του κοιτάσµατος στο οποίο λαµβάνει χώρα εξόρυξη. Πάτωµα (level): Λειτουργικός ορίζοντας κεκλιµένου κοιτάσµατος περιχαρασσόµενος από οριζόντιες στοές. Ράµπα (incline): ευτερeύων κεκλιµένο άνοιγµα που συνδέει πατώµατα. Σήραγγα (tunnel): Κύριο (παρα)οριζόντιο υπόγειο άνοιγµα που συνδέεται µε την επιφάνεια και µε τα δύο άκρα του. Στύλος (pillar): Τµήµα του κοιτάσµατος που παραµένει ανεκµετάλλευτο και παρέχει υποστήριξη της οροφής του κοιτάσµατος. Στοά (adit) : Κύριο υπόγειο άνοιγµα που συνδέει την επιφάνεια µε τα υπόγεια. Στρώση ή άπεδο (foot wall): Ο υποκείµενος του κοιτάσµατος γεωλογικός σχηµατισµός. Οροφή (hanging wall) : Ο υπερκείµενος του κοιτάσµατος γεωλογικός σχηµατισµός. 11

12 Τµήµα εκµετάλλευσης (panel): Λειτουργικός ορίζοντας εκµετάλλευσης που είναι είτε µέρος πατώµατος είτε αυτόνοµο τµήµα. Υποπάτωµα (sublevel): ευτερεύον πάτωµα µεταξύ πατωµάτων ή οριζόντων κοντά στην περιοχή εκµετάλλευσης. Φρέαρ (shaft): Κύριο κατακόρυφο άνοιγµα που συνδέει την επιφάνεια µε τα υπόγεια. Χοάνη (drawhole): Εκσκαφή εντός του πετρώµατος σε σχήµα χοάνης για την προώθηση του πετρώµατος από τους υποορόφους στη στοά σχάρας ή µεταφοράς. Σχάρα (grizzly): Χρησιµοποιείται για την κοκκοµετρική ταξινόµηση του µεταλλεύµατος. Στα Σχ , απεικονίζονται ενδεικτικά τα κυριότερα έργα που απαιτούνται για την προσπέλαση και την ανάπτυξη υπόγειων µεταλλείων. Σχ : Παρουσίαση έργων έρευνας από την επιφάνεια υπόγειας προσπέλασης και έρευνας µε αγγλική ορολογία στην περιγραφή τους. 12

13 Σχ : Παρουσίαση έργων έρευνας, προσπέλασης, ανάπτυξης και εξόφλησης υπόγειας εκµετάλλευσης µε τις αντίστοιχες ονοµασίες τους µε αγγλική ορολογία. 13

14 3. Η τρίτη κατηγορία όρων αναφέρεται στις κυριότερες εργασίες που λαµβάνουν χώρα κατά την εκµετάλλευση όπως : Αερισµός (ventilation): Παροχή αέρα µέσω συστήµατος αεροδιόδων, συνήθως υποβοηθούµενου από ανεµιστήρες (boosters) στις θέσεις εκµετάλλευσης για την εξασφάλιση άνετης ατµόσφαιρας για εργασία του προσωπικού, για την αραίωση και απαγωγή επικίνδυνων αερίων και κονιορτών και για την ταπείνωση της θερµοκρασίας σε εκµεταλλεύσεις µεγάλου βάθους. Ανέλκυση (drawing): ιακίνηση εργαζοµένων, υλικών, εξοπλισµού και θραυσµένου υλικού από τον χώρο αποθηκευσής του προς την επιφάνεια µέσω φρέατος. ιάτρηση (drilling): Όρυξη επιµηκών οπών µε χρήση µηχανηµάτων, για την δηµιουργία θέσεων εντός του µετώπου εξόρυξης ικανών για πλήρωση µε εκρηκτική ύλη. Κατακρήµνιση (Caving) : Θραύση και πτώση τεµαχών πετρώµατος λόγω βαρύτητας. Κοπή (Cut): Αποµάκρυνση όγκου µεταλλεύµατος από το µέτωπο εξόρυξης µέσω οποιονδήποτε διαδικασιών κοπής (είτε µηχανικών είτε µε διάτρηση ανατίναξη). Λιθογόµωση (Fill): Πλήρωση του δηµιουργηµένου υπόγειου κενού κατά την εξόρυξη µε στείρα υλικά. Μεταφορά (Haulage): Φόρτωση και διακίνηση του θραυσµένου υλικού από το µέτωπο εργασίας προς άλλο χώρο αποθήκευσης. Υποστήριξη (Support): Σύνολο λειτουργιών που πραγµατοποιούνται µετά την εξόρυξη για αντιστάθµιση των αναδιανεµηµένων τάσεων µετά την δηµιουργία κενού προς αποφυγή της αστοχίας του πετρώµατος. Υποσκαφή (Undercut): Όρυξη διατρηµάτων από το χαµηλότερο τµήµα του τοµέα εκµετάλλευσης προς τα πάνω, για την δηµιουργία κενών εξυπηρετούντων την µέθοδο και οικονοµικότητα της εκµετάλλευσης. 4. Τέλος, η τέταρτη κατηγορία αντιστοιχεί στα οικονοµικά χαρακτηριστικά των µεθόδων εκµετάλλευσης. Ποιο συγκεκριµένα, µπορούν να αναφερθούν οι ακόλουθοι όροι : Ανάκτηση (Recovery): Ποσοστό του επι τόπου µεταλλεύµατος που είναι δυνατόν να ανακτηθεί µε την εφαρµοζόµενη µέθοδο. Αραίωση (Dilution): Ποσοστό των αγόνων ή στείρων υλικών που αναµιγνύεται µε το µετάλλευµα κατά την εκµετάλλευση. 14

15 Επιλεκτικότητα (Selectivity): Η δυνατότητα διαχωρισµού του θραυσµένου χρήσιµου υλικού από το στείρο στο µέτωπο εργασίας. Ευελιξία (Flexibility): Η δυνατότητα αποφυγής εξόρυξης τµηµάτων στείρου ή αγόνου από το µέτωπο εκµετάλλευσης, µε την αλλαγή της κατεύθυνσης των εργασιών εξόρυξης. Επενδυτικό-Μεταλλευτικό κόστος (Mining cost) : Το σύνολο των κεφαλαίων που πρέπει να δαπανηθούν για την πλήρη εκµετάλλευση ενός κοιτάσµατος. Λειτουργικό κόστος (Capital investment): Μέρος του ολικού κόστους, που αναφέρεται στα κεφάλαια που πρέπει να δαπανηθούν για την διατήρηση των λειτουργιών εκµετάλλευσης. Παραγωγικότητα(Productivity): Η απόδοση έργου ανά βάρδια και εργαζόµενο (m 3 /man-shift). Ρυθµός ανάπτυξης εργασιών (Development rate): Η ανάπτυξη των υπόγειων εργασιών συναρτήση του χρόνου. 15

16 1.3 Γενική αναφορά στα µοντέλα περιγραφής των Μεθόδων Υπόγειας Εκµετάλλευσης Για να είναι δυνατή η καλύτερη επιλογή της Μεθόδου Εκµετάλλευσης (ΜΕ) πρέπει να ισχύουν προϋποθέσεις τέτοιες ώστε οι προτεινόµενες µέθοδοι να λειτουργούν, τουλάχιστον, ως εφικτές λύσεις και να παρουσιάζονται µε τον καλύτερο δυνατό τρόπο. Βάσει των παραπάνω αναγκών, η περιγραφή των µεθόδων εκµετάλλευσης πρέπει να περιλαµβάνει: τα γεωµετρικά χαρακτηριστικά του κοιτάσµατος στο οποίο εφαρµόζεται. τις εργασίες που λαµβάνουν χώρα κατά την πρόοδο της υπόψην µεθόδου εκµετάλλευσης. την αλληλοδιαδοχή των διαδικασιών εξόρυξης/εκµετάλλευσης. επίσης θα πρέπει να είναι αρκετά περιεκτική έτσι ώστε να επιτρέπει διεξαγωγή συµπερασµάτων για τις παραµέτρους των λειτουργιών στις οποίες βασίζεται η επιλογή της µεθόδου. Επιπλέον, θα πρέπει: να αποφεύγονται ασαφής όροι για τον ευκρινή διαχωρισµό των παραµέτρων. να αποφεύγονται οι υπερβολές στην διευκρίνηση όλων των σηµείων που αναφέρονται στην µέθοδο. να περιέχονται διαφορετικά επίπεδα ακρίβειας. η ΜΕ να είναι εύκολα αντιληπτή και εφαρµόσιµη. να περιέχει τόσες και τέτοιες παραµέτρους ώστε να είναι δυνατή η εύκολη διεξαγωγή συµπερασµάτων για την λειτουργικότητα της. Τέλος, είναι απαραίτητο το µοντέλο περιγραφής της µεθόδου να εκπληρώνει όλα τα κριτήρια επιλογής της ΜΕ. Αν δεν καλύπτεται έστω και µία τέτοια προυπόθεση τότε το µοντέλο περιγραφής πρέπει να απορρίπτεται ή να επαναπροσδιορίζεται. Τα δεδοµένα που πρέπει να περιέχονται στην περιγραφή µίας µεθόδου, έτσι ώστε να καλύπτονται µε τον καλύτερο δυνατό τρόπο οι προϋποθέσεις που αναφέρθηκαν παραπάνω είναι : 1. Γεωµετρική περιγραφή Τα ευρετικά (heuristic) συστήµατα στηρίζονται γενικά σε γεωµετρικές περιγραφές λόγω της καλύτερης αντίληψης διαστασιολογικών δεδοµένων από τους εργοταξιακούς Μηχανικούς. Αυτό γίνεται εύκολα αντιληπτό αν αναλυθούν οι όροι 16

17 που χαρακτηρίζουν ορισµένες µεταλλευτικές µεθόδους, όπως Μέθοδος Θαλάµων και Στύλων, ιαδοχικών Ορόφων, Επιµήκους Μετώπου, που στηρίζονται φανερά σε γεωµετρικούς χαρακτηρισµούς. 2. Περιγραφή λειτουργικών χαρακτηριστικών της Μ.Ε. Οι διαδικασίες που αναφέρονται στις µεθόδους εκµετάλλευσης χωρίζονται σε : A. Εργασίες στο µέτωπο: Μηχανική Προσβολή (π.χ. όρυξη των διατρηµάτων και κοπή) Ανατίναξη (σχέδιο ανατίναξης,εκρηκτικές ύλες, µέσα έναυσης) Υδροµηχανικές διεργασίες (αποστραγγιστικά έργα) Βαρυτιακές ιεργασίες (όρυξη στοών υποσκαφής για έναρξη φάσεως κατακρήµνισης). B. Έλεγχος ευστάθειας των ανοιγµάτων: Κατακρήµνιση Λιθογόµωση Εγκατάλειψη στύλων Υποστήριξη µε κοχλίωση, πλέγµα ασφαλείας, µεταλλικά ή ξύλινα υποστυλώµατα κ.λπ. C. Φόρτωση και Μεταφορά: Φόρτωση Αποκοµιδή Ανέλκυση D. Βοηθητικές εργασίες: Κατασκευή δρόµων Αερισµός, δίκτυο ύδρευσης, ηλεκτρισµού, τηλεφωνίας κ.λπ. Κάθε µία από τις παραπάνω διαδικασίες µπορεί να χωριστεί σε υποκατηγορίες, π.χ. η διαδικασία της διάτρησης µπορεί να προσδιοριστεί ποιο ειδικά ως : - Οριζόντια ιάτρηση - Ανιούσα ιάτρηση - Κατιούσα ιάτρηση - Παράλληλη ιάτρηση - Περιµετρική ιάτρηση κ.λπ. 17

18 Χαρακτηριστική, επίσης, είναι η ονοµατολογία που εφαρµόζεται σε µεθόδους αντικατοπτρίζοντας αυτές τις βασικές διαδικασίες π.χ. Μέθοδος του Ανεστραµµένου Κρατήρα (διαδικασία ανατίναξης), Μέθοδος ιαδοχικών Κοπών και Λιθογοµώσεων (διαδικασία Λιθογόµωσης) κ.λπ. 3. Γεωµετρία του Μετώπου Η περιγραφή της γεωµετρίας του µετώπου επιτρέπει την κατανόηση του τρόπου και της κατεύθυνσης των εργασιών, είτε αυτές γίνονται κατά την οριζόντια διέυθυνση είτε κατά την κατακόρυφο, είτε κατά την διαγώνιο ή προς οποιαδήποτε άλλη κατεύθυνση. Έτσι, ερµηνεύεται η επιλογή της διαδοχής των εργασιών που λαµβάνουν χώρα στην εκµετάλλευση. Ως παράδειγµα για την καλύτερη κατανόηση της σηµαντικότητας της περιγραφής των γεωµετρικών χαρακτηριστικών του µετώπου αναφέρουµε την µέθοδο των ιαδοχικών Ορόφων κατά την οποία η προχώρηση και η γεωµετρία του µετώπου είναι τέτοια (από κάτω προς τα πάνω και από τις παρυφές του κοιτάσµατος προς τα κεκλιµένα σύνδεσης των υποορόφων και των διευθυντικών στοών) ώστε υποδηλώνει πως π.χ. δεν είναι δυνατόν να πραγµατοποιηθεί ανατίναξη τµήµατος του υπερκείµενου υποορόφου ενώ πραγµατοποιείται όρυξη διατρηµάτων στον υποκείµενο υποόροφο. 4. Ελεγχος των συνθηκών ασφαλείας Ο έλεγχος των συνθηκών ασφαλείας είναι ένα από τα λίγα χαρακτηριστικά που είναι αποδεκτό από όλα τα ευρετικά συστήµατα και πραγµατοποιείται µε τον έλεγχο της κατανοµής των τάσεων κατά τα στάδια της εκµετάλλευσης. Σχετικό παράδειγµα είναι η αναφορά στις λειτουργίες που εξυπηρετούν οι στύλοι στην µέθοδο των Θαλάµων και Στύλων, δηλαδή αν είναι µόνιµοι σταθερών διαστάσεων ή λειτουργούν ως κουβέρτες προστασίας και πρόκειται να µειωθούν οι διαστάσεις τους κατά την δευτερογενή φάση της εξόφλησης του κοιτάσµατος. 5. Χαρακτηριστικά της διαδοχής των φάσεων εκµετάλλευσης Ποιο συγκεκριµένα, οι εναλλαγές των εργασιών ανά βάρδια και ανά τµήµα εκµετάλλευσης επιτρέπουν τόσο την µελέτη και χαρακτηρισµό του κύκλου εργασιών όσο και την αξιολόγηση στοιχείων της µεθόδου, όπως παραγωγικότητα, ρυθµός ανάπτυξης εργασιών κ.λπ. 18

19 Ο καλύτερος τρόπος περιγραφής µίας µεταλλευτικής µεθόδου είναι η παρουσία όλων των παραπάνω χαρακτηριστικών, χωρίς όµως να σηµαίνει αυτό ότι ειναι απαραίτητο ή δυνατό να αναπτύσσονται όλα εξίσου. Αν ήταν δυνατό κάτι τέτοιο η ακρίβεια της περιγραφής θα ήταν πολύ καλή, όµως δεν θα µπορούσε να προκύψει εύκολα σαν λύση ενός συστήµατος επιλογής εκµετάλλευσης, διότι θα ήταν πολύ δύσκολη η παράλληλη επεξεργασία σε εφικτό χρόνο και µε σωστή αξιολόγηση ενός τεράστιου πλήθους διακριτών δεδοµένων από ένα υπολογιστικό σύστηµα. 19

20 1.4 Τεχνικοί παράγοντες που απαιτούνται για τον σχεδιασµό ενός συστήµατος υπογείων έργων Οι τεχνικοί παράγοντες που απαιτούνται για τον σχεδιασµό ενός συστήµατος υπογείων έργων (λ.χ. µεταλλείου) είναι: Α) γεωλογικές έρευνες Β) γεωµηχανική ταξινόµηση του µεταλλεύµατος και των περιβαλλόντων πετρωµάτων Γ) η αντοχή του µεταλλεύµατος ) το σχήµα και οι διαστάσεις, η κλίση και το βάθος του κοιτάσµατος Ε) ο λόγος εµβαδού επιφάνειας του κοιτάσµατος προς τον όγκο του κοιτάσµατος ΣΤ) οι µελέτες µηχανοτεχνίας των πετρωµάτων (rock engineering) Ζ) η κατακρηµνισιµότητα του κοιτάσµατος και των περιβαλλόντων πετρωµάτων Η) ευστάθεια της βραχοµάζας Θ) γεωγραφικοί και περιβαλλοντικοί παράγοντες Ι) η θέση και η αντοχή των οριζόντων εξόρυξης Κ) η αλληλοδιαδοχή των διαφόρων εργασιών εκµετάλλευσης Λ) οι τάσεις που επάγονται στα περιβάλλοντα πετρώµατα κατά την εκµετάλλευση Μ) οι απαιτήσεις σε υποστήριξη Ν) η παραγωγή Ξ) η µεταφορά του εξορυγµένου µεταλλεύµατος και η προσπέλαση. Τα µόνιµα ανοίγµατα προσπέλασης και διαφόρων άλλων υπηρεσιών (λ.χ κύριες στοές µεταφοράς, χώροι συντήρησης µηχανηµάτων κ.λ.π) αντιπροσωπεύουν την τρίτη κλάση εκσκαφών που φαίνεται στα Σχ και Αυτές οι υπόγειες εκσκαφές πρέπει να σχεδιαστούν κατά τέτοιο τρόπο ώστε να παραµείνουν λειτουργικές µέχρι το τέλος της «ζωής» (µερικές φορές το υπερβαίνουν) του υπόγειου µεταλλείου που αναφέρεται σε όλο το κοίτασµα. Για παράδειγµα στα φρέατα διακίνησης προσωπικού και µεταλλεύµατος πρέπει να µπορούν να κινούνται σε συνεχή βάση οι κλωβοί και τα skips, ενώ τα φρέατα ή κεκλιµένα αερισµού θα πρέπει να µπορούν να προσάγουν ή απάγουν τον αέρα στα µέτωπα παραγωγής. Επίσης στις στοές µεταφοράς θα πρέπει να µπορούν να κινούνται απρόσκοπτα τα µηχανήµατα µεταφοράς σύµφωνα µε τις προδιαγραφές τους (λ.χ. τραίνα, φορτηγά, αυτοκίνητα µεταφοράς προσωπικού κ.λπ.). Σ όλες τις παραπάνω περιπτώσεις ο σχεδιασµός γίνεται σύµφωνα µε τις προδιαγραφές άλλων τύπων µόνιµων γεωτεχνικών έργων, όπως λ.χ σιδηροδροµικές 20

21 και οδικές σήραγγες. Με όρους µηχανοτεχνίας των πετρωµάτων αυτό σηµαίνει ότι όλα τα παραπάνω έργα θα πρέπει να γίνουν σε περιοχές µε ελεγχόµενες τάσεις και µετατοπίσεις. Η διαδικασία σχεδιασµού υπογείων έργων σήµερα, περιλαµβάνει καταρχήν την κατασκευή του Γεωλογικού Μοντέλου και εν συνεχεία του γεωτεχνικού µοντέλου (χαρακτηρισµος των γεωµηχανικών παραµέτρων της εδαφοβραχόµαζας, ύδατα και επιτόπου τάσεις) (βλ. Σχ και 1.1.6). Στην συνέχεια προχωράµε στην κατασκευή του γεωµηχανικού µοντέλου (γεωµετρία των ανοιγµάτων και απαιτήσεις κατασκευής, συνοριακές συνθήκες, επιλογή µεθόδου εκσκαφής και υποστύλωσης) και µετά την ανάλυση της µηχανικής συµπεριφοράς του συνολικού συστήµατος εδαφοβραχόµαζας-υποστύλωσης. (Σχ ) Στην συνέχεια διερευνάται αν η συµπεριφορά του καταρχήν προτεινόµενου συστήµατος εκσκαφής και υποστύλωσης ικανοποιεί τις απαιτήσεις κατασκευής και ασφαλείας και µε επαναληπτική διαδικασία οδηγούµεθα σε πρώτη φάση στην καλύτερη λύση (Σχ ). Κατόπιν, επιµερίζοντας τα µοναδιαία κόστη και χρόνους για κάθε συνιστώσα του συστήµατος, γίνεται η εκτίµηση του ρίσκου (πιθανότητα αστοχίας ή κακής εκτίµησης του κόστους) και εφαρµόζεται επαναληπτική διαδικασία για την εύρεση της βέλτιστης σχεδιαστικής λύσης (Σχ ). Γεωλογικό Μοντέλο Ποσοτικοποίηση της αβεβαιότητας Προσδιορισµός κρίσιµων παραµέτρων βάσει κανόνων από αναλύσεις ευαισθησίας ή από ειδικούς Data mining Επέλεξε παραµέτρους και τις τυπικές αποκλίσεις από βάση δεδοµένων Βάση δεδοµένων Υπόγεια ύδατα, επί τόπου τάσεις, και πιθανή µεταβλητότητα Γεωτεχνικό Μοντέλο Σχ ιάγραµµα ροής κατά τον σχεδιασµό υπογείων έργων από το αρχικό στάδιο της γεωλογικής έρευνας µέχρι και πριν την κατασκευή του Γεωτεχνικού µοντέλου. 21

22 (α) (β) Σχ Παράδειγµα κατασκευής γεωλογικού µοντέλου περιοχής εντός της οποία θα ορυχθεί σήραγγα (α) σύστηµα ρηγµάτων που διασχίζουν την εδαφοβραχόµαζα και (β) τρισδιάστατη άποψη των γεωλογικών σχηµατισµών που θα συναντηθούν. 22

23 Γεωτεχνικό Μοντέλο Μέγεθος, Σχήµα και προσανατολισµός του υπογείου ή υπογείων Εξόρυξη Επιλογή των µοντέλων της βραζόµαζας και του αριθµητικού µοντ. Προσοµοίωση Ελεγχος αξιοπιστίας των αποτελεσµάτων από ειδικό (-ούς) Συµπεριφορά εδαφοβραχόµαζας (τρόποι αστοχίας, κίνδυνοι) Σχ ιάγραµµα ροής κατά τον σχεδιασµό υπογείων έργων κατά το στάδιο κατασκευής του Γεωτεχνικού µοντέλου. 23

24 Συµπεριφορά της εδαφοβραχόµαζας Συνοριακές συνθήκες (ΣΣ) & Απαιτήσεις (Α) Standards & κανονισµοί, και περιορισµοί του Project Εργα αναφοράς (Data mining) Expert system Κανόνες για βελτίωση Αποτίµηση Επιλογή µέτρων αντιµετώπισης κινδύνων (µέθοδος εξόρυξης & υποστύλωσης, αλλα βοηθητικά µέτρα) Ανάλυση Κανόνες για βελτίωση Εκτίµηση για τη µη -συµφωνία ΑΝΑΛΥΣΗ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ (ΑΣ) Συµφωνία µε (Α)? Υπερβάση σχεδιασµού? Σχ ιάγραµµα ροής κατά τον σχεδιασµό υπογείων έργων για την ανάλυση συµπεριφοράς όλου του συστήµατος. 24

25 ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑ ΤΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ Ανανέωσε βάση δεδοµένων, πίνακες κ.λπ. Βάλε µοναδιαίους χρόνους και κόστη Υπολογισµός κόστους Αποτέλεσµα Βάση εδοµένων Αφαίρεσε µη εφικτές λύσεις Εκτίµηση υπολειπόµενουl ρίσκου, πιθανότητα κινδύνων & κόστη Σχεδιάσε τρόπους αποφυγής κινδύνων και εκτίµησε το κόστος έξου το residual risk Κόστος < res. risk Εφάρµοσε µέτρα αποφυγής κινδύνων Καλύτερος δυνατός σχεδιασµός Σχ ιάγραµµα ροής κατά τον σχεδιασµό υπογείων έργων για την εύρεση της καλύτερης δυνατής σχεδιαστικής λύσης. 25

26 Kεφάλαιο 2 Περιγραφή µεθόδων εκµετάλλευσης 26

27 2.1 Εισαγωγή Για την εξόρυξη µεταλλεύµατος από το υπέδαφος (ή βιοµηχανικού ορυκτού ή διακοσµητικού πετρώµατος) πρέπει να κατασκευασθούν υπόγεια έργα προσπέλασης προς την ζώνη µεταλλοφορίας, έργα ανάπτυξης και εξόφλησης για την απόσπαση του µεταλλεύµατος και έργα µεταφοράς αυτού στην επιφάνεια. Χρειάζονται εκσκαφές διαφόρων γεωµετριών, µεγεθών, προσανατολισµών και λειτουργιών για την υποστήριξη της σειράς των εργασιών που αποτελούν όλη τη µεταλλευτική διαδικασία. Όπως αναφέρθηκε προηγουµένως µια τυπική σχηµατική αναπαράσταση µιας υπόγειας εκµετάλλευσης παρουσιάζεται στο Σχ Σ αυτό το σχήµα µπορούν να διακριθούν τρείς τύποι εκσκαφών, ήτοι: Τα µέτωπα Τα έργα προσπέλασης προς τα µέτωπα ή έργα ανάπτυξης Τα µόνιµα έργα προσπέλασης Ανεξαρτήτως της εφαρµοζόµενης µεθόδου εκµετάλλευσης ενός κοιτάσµατος, υπάρχουν πολλές οµοιότητες µεταξύ των λειτουργιών και των απαιτούµενων γεωµηχανικών συµπεριφορών των διαφόρων µη παραγωγικών εκσκαφών. Το µέτωπο είναι το τµήµα εκείνο της εκµετάλλευσης που λαµβάνει χώρα η εξόρυξη και παραγωγή µεταλλεύµατος από ένα κοίτασµα. Το σύστηµα των µετώπων που διαµορφώνεται κατά την εξόρυξη του µεταλλεύµατος συνήθως αντιπροσωπεύει το µεγαλύτερο όγκο (µέγεθος) των εκσκαφών που θα δηµιουργηθεί κατά τη διάρκεια µιας εκµετάλλευσης. Ο πυρήνας της µεταλλευτικής διαδικασίας βρίσκεται στη διάνοιξη των µετώπων, την απόσπαση του µεταλλεύµατος από τη φυσική του θέση και την αποµάκρυνσή του από αυτά. Είναι προφανές ότι ο έλεγχος της γεωµηχανικής συµπεριφοράς του κοιτάσµατος και των περιβαλλόντων στείρων πετρωµάτων αποτελεί κρίσιµο παράγοντα στην αποδοτική γεωµηχανική και οικονοµική συµπεριφορά ενός εκάστου των µετώπων, αλλά και του συστήµατος εκµετάλλευσης συνολικά. Το ότι το µέγεθος των µετώπων είναι σηµαντικό σηµαίνει ότι η ζώνη επιρροής των είναι µεγάλη σε σχέση µε όλους τους άλλους τύπους εκσκαφών. Εποµένως ο ρόλος σχεδιασµού των µετώπων είναι σηµαντικός επί του σχεδιασµού και της λειτουργικότητας των άλλων εκσκαφών που υποστηρίζουν µια µεταλλευτική δραστηριότητα. 27

28 Ο δεύτερος τύπος µεταλλευτικών εκσκαφών είναι τα έργα ανάπτυξης, όπως φαίνεται στο Σχ Αυτά µπορεί να είναι ράµπες, λούκια µεταλλεύµατος, εγκάρσιες στοές, κεκλιµένα αερισµού, µεταφοράς υλικών και προσωπικού, χοάνες, στοές υποσκαφής κ.ά. Αυτές οι εκσκαφές ορύσσονται είτε εντός του µεταλλεύµατος είτε στο περιβάλλον στείρο πέτρωµα. Η λειτουργική ζωή αυτών των υπογείων έργων είναι περίπου ίση µ αυτή των παραγωγικών µετώπων. Λόγου χάριν οι διευθυντικές στοές που διαιρούν τµήµα κοιτάσµατος σε υποορόφους καταναλώνονται κατά την εξόφληση του κοιτάσµατος. Η τοποθεσία των έργων ανάπτυξης στη ζώνη γεωµηχανικής επιρροής των παραγωγικών µετώπων ή διαφορετικά η περιοχή πέριξ των µετώπων και των σχετιζοµένων µ αυτά έργων ανάπτυξης µπορεί να προκαλέσει αντίξοες εντατικοπαραµορφωσιακές τοπικές συνθήκες στη µάζα του πετρώµατος µε προφανή αρνητικά αποτελέσµατα στην ασφάλεια των εργαζοµένων και του µηχανολογικού εξοπλισµού του µεταλλείου. Με σκοπό την αποφυγή τέτοιων φαινοµένων είναι αναγκαία : α) η κατανόηση των αιτιών της αστάθειας της βραχοµάζας και β) η λήψη κατάλληλων σχεδιαστικών µέτρων για την εξάλειψη ή ελαχιστοποίηση τέτοιων προβληµάτων µε προφανή αρνητικά αποτελέσµατα στην ασφάλεια των εργαζοµένων και του µηχανολογικού εξοπλισµού του µεταλλείου. Επιπροσθέτως, λόγω της αραίωσης του µεταλλεύµατος εξαιτίας κατάπτωσης τµηµάτων της µάζας του περιβάλλοντος πετρώµατος (λ.χ ογκοτεµαχίων, οροφής κ.λ.π) µπορεί να µειωθεί η οικονοµικότητα της εκµετάλλευσης. Γι αυτό το σκοπό ο σχεδιασµός αυτών των έργων προϋποθέτει λεπτοµερή γεωτεχνική µελέτη της διαταραχής του εντατικού πεδίου στο περιβάλλον πέτρωµα λόγω της εξόρυξης των µετώπων σε αυτό. Για τον σκοπό της απρόσκοπτης και ασφαλούς λειτουργίας των έργων αυτών χρειάζεται να ληφθεί υπόψη α) η γεωµετρία των µετώπων, β) η θέση των µετώπων, γ) η ενδεχόµενη υποστήριξη των έργων ανάπτυξης πέριξ των µετώπων, δ) οι γεωµηχανικές ιδιότητες των περιβαλλόντων πετρωµάτων, δ) η παρουσία νερού, κ.λπ. Υπάρχουν διάφοροι τρόποι ταξινόµησης των υπογείων µεθόδων εκµετάλλευσης. Ο συνηθέστερος τρόπος ταξινόµησης ακολουθεί το Αγγλοσαξωνικό Σύστηµα Ταξινόµησης που βασίζεται στις µηχανικές ιδιότητες του περιβάλλοντος πετρώµατος και του µεταλλεύµατος. Ετσι, οι µέθοδοι εκµετάλλευσης υπογείων ταξινοµούνται στις ακόλουθες τέσσερεις κατηγορίες : 28

29 οι µέθοδοι µε ανοίγµατα τα οποία δεν χρειάζονται πρόσθετη υποστήριξη (naturally supported stopes), που περιλαµβάνουν την µέθοδο των Θαλάµων και Στύλων, την µέτωπο κατά µέτωπο προσβολής µε εγκαταλείψη Στύλων (Βreast Stoping), την µέθοδο των Βαθµίδων Άνευ Εγκαταλείψεως Στύλων, την µέθοδο των ιαδοχικών Ορόφων, την µέθοδο του Ανεστραµµένου Κρατήρα, κ.λπ. οι µέθοδοι µε ανοίγµατα που χρειάζονται πρόσθετη υποστήριξη (artificially supported stopes), που περιλαµβάνουν την µέθοδο του Συµπτυσσοµένου Μετώπου, την µέθοδο των ιαδοχικών Κοπών και Λιθογοµώσεων, την µέθοδο του Επιµήκους Μετώπου µε Λιθογόµωση, την µέθοδο των Ξύλινων Πρισµατικών Πλαισίων, κ.λπ. οι µέθοδοι µε κατακρήµνιση της οροφής (caving methods) που λαµβάνει χώρα ταυτόχρονα µε την εξόφληση περιλαµβάνουν την µέθοδο των ιαδοχικών Ορόφων µε Κατακρήµνιση, την µέθοδο της Κατακρήµνισης Οροφής, την µέθοδο του Επιµήκους Μετώπου µε Κατακρήµνιση της Οροφής, την µέθοδο Κοπών Κατά Πλάκες, κ.α. οι µέθοδοι µε την κατακρήµνιση οροφής να γίνεται σε δεύτερη φάση, που περιλαµβάνουν τη µέθοδο Θαλάµων και Στύλων µε κατακρήµνιση της οροφής, ιαδοχικών Ορόφων µε κατακρήµνιση σε δεύτερη φάση κ.λπ. Οι επιλεκτικές ΜΕ συνήθως σχεδιάζονται για υψηλή ανάκτηση του µεταλλεύµατος µε ελάχιστη αραίωση, ενώ οι µέθοδοι κατακρήµνισης της οροφής ή πατώµατος αποδέχονται απώλειες και αραίωση µεταλλεύµατος. Στην συνέχεια περιγράφονται αναλυτικά οι, ανά κατηγορία, ευρύτερα χρησιµοποιούµενες µέθοδοι καθώς και µερικές παραλλαγές τους. 29

30 2.2. Μέθοδοι εκµετάλλευσης µε κενά (ανοικτά) µέτωπα Ανοικτό µέτωπο είναι εκείνο στο οποίο δεν χρησιµοποιείται τεχνητή υποστήριξη µε τη µορφή ξύλινων, µεταλλικών, σκυροδετηµένων ή άλλων δοµικών στοιχείων για τον έλεγχο της οροφής, των παρυφών ή για την προστασία των εργαζοµένων σ αυτό. Παρολαυτά, είναι συνήθης η πρακτική στις µεθόδους αυτές η χρήση κοχλιών και πλεγµάτων ως τοπικών µέτρων υποστήριξης Μέθοδος της κατά µέτωπον προσβολής (Breast Stoping) µε εγκατάλειψη Στύλων Η περιγραφή της µεθόδου σε στάδια παρουσιάζεται στα σχήµατα (α-θ). Στάδιο 1: Κατερχόµενη όρυξη φρεάτων (α) 30

31 Στάδιο 2: Ορυξη διευθυντικής στοάς για την ένωση των φρεάτων (β) Στάδιο 3: Ενωση των φρεάτων και δηµιουργία κυκλώµατος αερισµού ιευθυντική στοά (γ) 31

32 Στάδιο 4: Σταδιακή διεύρυνση του µέρους του µετώπου µε κατά µέτωπο προσβολή (δ) Στάδιο 5: ιεύρυνση όλου του µετώπου και σχηµατισµός των πρώτων στύλων Σχηµατισµός στύλων (ε) 32

33 Στάδιο 6: ιεύρυνση όλου του µετώπου και σχηµατισµός των πρώτων στύλων Εγκατάλειψη στύλων (ζ) (η) 33

34 (θ) Σχ : Τρισδιάστατες απεικόνισεις των διαφόρων φάσεων εκµετάλλευσης µε την µέθοδο Breast stope. Το µετάλλευµα αποσπάται εντός breast stope, εντός του οποίου παρακάµπτονται τοπικά, µε ακανόνιστο τρόπο - γι αυτό και ονοµάζεται breast stope, σε αντιδιαστολή µε την µέθοδο θαλάµων και στύλων που θα περιγραφεί παρακάτω - µεµονωµένοι στύλοι µεταλλεύµατος για την υποστήριξη της οροφής. Οι προϋποθέσεις και πεδίο εφαρµογής της υπόψην µεθόδου είναι οι εξής: Μετάλλευµα υψηλής µηχανικής αντοχής µε παρυφές από ανθεκτικό πέτρωµα, σε µικρό σχετικά βάθος. Οµαλό γεωµετρικό σχήµα κοιτάσµατος και κανονική, όσο το δυνατόν, στρώση. Το µέγιστο πάχος του κοιτάσµατος να είναι το µέγιστο 5 m και η κλίση του να κυµαίνεται από 0 έως 40 ο. Χαµηλή σχετικά αξία του µεταλλεύµατος, έτσι ώστε να είναι οικονοµικά επιτρεπτή η απώλεια µεταλλεύµατος υπό την µορφή στύλων. Οι παραπάνω προϋποθέσεις παρουσιάζονται συχνά σε κοιτάσµατα µικτών θειούχων εντός ανθρακικών πετρωµάτων. Ως σχετικό παράδειγµα αναφέρεται η περίπτωση των κοιτασµάτων της περιοχής Missouri των Η.Π.Α., όπου η µεταλλοφορία, που αποτελείται από εµποτισµούς γαληνίτη εντός δολοµιτικού 34

35 ασβεστόλιθου, έχει την µορφή οριζόντιων συγκεντρώσεων µικρού πάχους που βρίσκονται σε µικρό σχετικά βάθος. εδοµένου ότι τα κοιτάσµατα που εφαρµόζεται αυτή η µέθοδος είναι οριζόντια ή κεκλιµένα υπάρχουν διαφορές στην εφαρµογή της τόσο στα έργα προπαρασκευής όσο και στην διαδικασία φόρτωσης και αποκοµιδής του µεταλλεύµατος. Σχ : Κάτοψη της χαρακτηριστικής µορφής της µεθόδου Breast stope. Προπαρασκευή: Στα οριζόντια ή παραοριζόντια κοιτάσµατα ορύσσεται στοά (, Σχ ) που συνδέει τα έργα προσπέλασης, εξυπηρετώντας έτσι το "κλείσιµο" του δικτύου αερισµού και την δηµιουργία αφετηρίας εκκινήσεως του µετώπου. Εκατέρωθεν αυτής της στοάς, ξεκινά η εξόρυξη, έτσι ώστε λαµβάνει τη µορφή του Σχ

36 Σχήµα α: Κατακόρυφη τοµή κατά την κλίση του κοιτάσµατος για περίπτωση κεκλιµένου κοιτάσµατος. Στα κεκλιµένα κοιτάσµατα ορύσσονται διευθυντικές στοές 1, 2, 3 χωρίζοντας το κοίτασµα ανά δύο σε πατώµατα (Σχ α, β). Σχήµα β: Τρισδιάστατη άποψη του στερεού µοντέλου που περιγράφει την µέθοδο Breast stope σε κεκλιµένα κοιτάσµατα. Εξόρυξη: Η εξόρυξη διενεργείται όπως φαίνεται στο Σχ και όπου κατά την προχώρηση του µετώπου αφήνονται τµήµατα µεταλλεύµατος υπό την µορφή στύλων, µε σκοπό την συγκράτηση της οροφής. 36

37 Σχ Παρουσίαση του τρόπου εκµετάλλευσης στη µέθοδο Breast stope, (Peele, 1941). Οι στύλοι µπορούν να έχουν οποιοδήποτε σχήµα και κατανέµονται έτσι ώστε τόσο να µην δυσκολεύουν την αποκοµιδή του µεταλλεύµατος από τα µέτωπα εργασίας όσο και να επιτυγχάνεται καλύτερος έλεγχος της οροφής. Αν παρουσιάζονται διαρήξεις του πετρώµατος που µπορούν να προκαλέσουν την απόσπαση όγκων από την οροφή ή τα «παραµέντα» τότε είναι δυνατή τόσο η µεταβολή του σχήµατος και της θέσεως όσο και του πλήθους των στύλων. Αν δεν υφίσταται η ύπαρξη των παραπάνω λόγων τότε οι στύλοι αφήνονται σε θέσεις φτωχής ποιότητας µεταλλεύµατος. Σχ Όρυξη διατρηµάτων κατά την εφαρµογή της µεθόδου Breast stope την προηγούµενη 50ετία (Peele, 1941). Στην µοντέρνα µεταλλευτική πρακτική χρησιµοποιούνται jumbo µε υδραυλικές σφύρες (Μούσουλος, 1962). 37

38 Φόρτωση - Αποκοµιδή του Μεταλλεύµατος: Στα οριζόντια κοιτάσµατα, η φόρτωση και αποκοµιδή του µεταλλεύµατος γίνεται µε την χρήση αυτοκινούµενου µηχανικού εξοπλισµού (µέγιστη κλίση = 20% µε µέση κλίση = 12%) ή και σε συνδυασµό µε αποξεστήρα (Σχ ). Στα κεκλιµένα κοιτάσµατα, επιβάλλεται η χρήση αποξεστήρα για την µεταφορά του θραυσµένου υλικού από το µέτωπο εργασίας προς την στοά βάσης του µετώπου (Σχ ).. Σχ Φόρτωση και αποκοµιδή µεταλλεύµατος µε χρήση αποξεστήρα για περίπτωση κεκλιµένων κοιτασµάτων στη µέθοδο Breast stope, (Peele, 1941). Τα κύρια πλεονεκτήµατα της µεθόδου είναι : Υψηλή παραγωγικότητα κατά τα στάδια της εξόρυξης και αποκοµιδής εξαιτίας της αποτελεσµατικής µηχανοποιήσεως (jumbo, LHD, φορτηγά, αυτοκίνητα κ.λ.π). Ολοκληρωτική σχεδόν κατάργηση της τεχνητής υποστήριξης και µεγάλη παραγωγικότητα ανά µονάδα επιφανείας του κοιτάσµατος. Ευελιξία απόθεσης των τυχόν παραγόµενων στείρων κατά την πορεία της εξόρυξης. Περιορισµένα έργα προπαρασκευής και δυνατότητα άµεσης παραγωγής 38

39 υνατότητα εκλεκτικής εξόρυξης και αποτελεσµατικής διαλογής εντός του µετώπου Καλός έλεγχος της περιβάλλουσας βραχοµάζας λόγω µεγάλου αριθµού µετώπων Τα κύρια µειονεκτήµατα της µεθόδου είναι : o Σηµαντικές απώλειες µεταλλεύµατος λόγω εγκαταλείψεως στύλων ή και λόγω γεωµετρικών ανωµαλιών της οροφής και της στρώσεως. o Μέτριες ως χαµηλές συνθήκες ασφαλείας σε σχέση µε τις άλλες µεθόδους. Οι µεγάλες διαστάσεις των κενών που δηµιουργούνται κατά την εξόρυξη είναι αρνητικός παράγοντας στον έλεγχο των τάσεων που συγκεντρώνονται στην οροφή και αυξάνεται η πιθανότητα, κατά την διεύρυνση των κενών, για αστοχία της οροφής. o ύσκολη οργάνωση εργασιών λόγω της δηµιουργίας πολλών µετώπων. Παραλλαγές της µεθόδου Μέθοδος Συνδυασµού Breast stope και ορθών βαθµίδων µε εγκατάλειψη στύλων Πρόκειται για παραλλαγή της µεθόδου Breast stope η οποία εφαρµόζεται στην περίπτωση κοιτασµάτων µεγάλου πάχους µε κατάλληλη διαµόρφωση της πρόσοψης του µετώπου που λαµβάνει την µορφή ορθών βαθµίδων (Σχ ). 39

40 Σχ Εξόρυξη µεταλλεύµατος στη µέθοδο Breast stope µε συνδυασµό ορθών βαθµίδων. (Peele, 1941). Σχ Κάτοψη της µεθόδου Breast stope µε συνδυασµό ορθών βαθµίδων. (Peele, 1941). 40

41 Σχ Τοµή Α Α του προηγούµενου σχήµατος (Peele, 1941). Ετσι στην οροφή του κοιτάσµατος εγκαθίσταται µέτωπο τύπου Breast stope, το οποίο προπορευόµενο παρέχει τη δυνατότητα εξόρυξης του υπόλοιπου του κοιτάσµατος µε σύστηµα ορθών βαθµίδων. Σχ , (Α,Β) Κάτοψη και κατακόρυφη τοµή της µεθόδου συνδυασµού Breast Stope και των ορθών βαθµίδων µετ εγκατάλειψης στύλων 41

42 Τα διατρήµατα στη βαθµίδα ορύσσονται παράλληλα µε την πρόσοψη µε ελαφρές αερόσφυρες (Σχ ) ή µε υδραυλικές σφύρες. Λιγότερο διαδεδοµένη είναι, επίσης η χρήση οριζοντίων διατρηµάτων (Σχ , 8). Με την προυπόθεση ότι το πλάτος του δαπέδου της βαθµίδας είναι µικρό, το µεγαλύτερο µέρος των προιόντων εξόρυξης εκτινάσσεται κατά την έκρηξη και πέφτει πάνω στη στρώση, η οποία συµπίπτει µε το δάπεδο της κατώτερης βαθµίδας, ενώ το υπόλοιπο µεταφέρεται µε φορτωτές (παλαιότερα η εργασία αυτή γινότανε µε αναπέταση µε πτύο ή φτυάρι). Σχήµα : Τρισδιάστατη άποψη της µεθόδου συνδυασµού Breast Stope και των ορθών βαθµίδων µετ εγκατάλειψης Στύλων. Ετσι σε περίπτωση που έχουµε περισσότερες από µία βαθµίδες θα πρέπει η κλίση της πρόσοψης να διατηρείται κάθετη για τη µείωση της εργασίας αναπέτασης. Από τον παραπάνω σωρό τα προιόντα εξόρυξης παραλαµβάνονται µε διάφορους τρόπους ανάλογα µε τις συνθήκες που επικρατούν κάθε φορά. Για οριζόντια κοιτάσµατα χρησιµοποιούνται ταινιόδροµοι, σιδηροδροµικοί συρµοί ή φορτηγά αυτοκίνητα που προωθούνται µέχρι το σωρό και κατόπιν φορτώνονται από φορτωτές. Υπάρχει τέτοια ευχέρεια χώρου ώστε επιτρέπεται, αρκετές φορές, η χρήση εξοπλισµού φόρτωσης και µεταφοράς του τύπου των υπαιθρίων εκµεταλλεύσεων. Ετσι σε πολλές περιπτώσεις αναφέρεται η χρήση µικρών δηζελοκίνητων αυτοκινήτων σε συνδυασµό µε φορτωτές ή µηχανικά πτύα. Οταν η κλίση του κοιτάσµατος αποκλείει την µέχρι του σωρού προώθηση των µέσων µεταφοράς, τα µέσα αυτά παραµένουν στη στοά βάσης του µετώπου όπου φορτώνονται µέσω αποξεστήρα (βλ. σχ ). 42

43 2.2.2 Μέθοδος των Θαλάµων και Στύλων Η µέθοδος αποτελεί εξέλιξη της µεθόδου Breast stope. Στην µέθοδο θαλάµων και στύλων οι εγκαταλελειµένοι στύλοι κατανέµονται µε συµµετρική διάταξη (Σχ ), σε αντίθεση µε την προηγούµενη µέθοδο. Αυτό έχει σαν αποτέλεσµα την οµαλή κατανοµή των τάσεων και κατά συνέπεια καλύτερο έλεγχο της οροφής και µεγαλύτερη ασφάλεια. Σχ : Κάτοψη της µεθόδου των Θαλάµων και Στύλων για περίπτωση οριζόντιου κοιτάσµατος. (Θ = Θάλαµος, Σ= Στύλος, Α,Β = Στοές). Στην µέθοδο των Θαλάµων και Στύλων (Room and Pillar method) το µετάλλευµα εξορύσσεται όσο δυνατόν περισσότερο αφήνοντας συγχρόνως τµήµατα του υπό µορφή στύλων για την υποστηρίξη της οροφής. Οι διαστάσεις των ανοιγµάτων και των στύλων εξαρτώνται από τις εξής παραµέτρους: Το πάχος του κοιτάσµατος Τις µηχανικές ιδιότητες του υπερκείµενου σχηµατισµού (οροφής) Τις µηχανικές ιδιότητες του µεταλλεύµατος Το εντατικό πεδίο στην ευρύτερη περιοχή Οι απαραίτητες προϋπόθεσεις για την εφαρµογή της µεθόδου είναι : Σχετικά υψηλή αντοχή µεταλλεύµατος Σχετικά υψηλή αντοχή περιβάλλοντος πετρώµατος (οροφής- δαπέδου) 43

44 Οµαλό γεωµετρικό σχήµα του κοιτάσµατος Κοίτασµα παράλληλο µε την στρώση των σχηµατισµών που έχει αρκετά µεγάλη οριζόντια ανάπτυξη αλλά µικρό σχετικά πάχος π.χ. κοιτάσµατα λιθάνθρακα, λατερίτη κ.λπ. Μετάλλευµα µικρής σχετικά αξίας, ώστε να είναι παραδεκτό το όχι ιδιαίτερα υψηλό ποσοστό ανάκτησης (<70%) σε σχέση µε άλλες µεθόδους Οι στύλοι µεταλλεύµατος τοποθετούνται γενικώς όσο το δυνατόν σε κανονικό σχέδιο και η διατοµή τους µπορεί να είναι κυκλικού ή τετράγωνου σχήµατος ή να είναι µορφής τοίχων µεγάλου πάχους (rib pillars) οι οποίοι διαχωρίζουν τα µέτωπα παραγωγής (Σχ ). Το µετάλλευµα που εγκαταλείπεται στους στύλους µπορεί να αποληφθεί κατά ένα ποσοστό, κατά το τελευταίο στάδιο της εξόφλησης, γενικώς όµως θεωρείται απωλεσθέν µετάλλευµα. Τετράγωνοι σε κανονική διάταξη Τετράγωνοι σε κλιµακωτή διάταξη Επιµήκεις, Lane and Pillar (ribs). Σχ : Κατανοµή των στύλων στην µέθοδο των Θαλάµων και Στύλων. 44

45 Οι παραπάνω προϋποθέσεις απαντώνται συχνά σε βωξιτικά κοιτάσµατα εντός ασβεστόλιθων. Χαρακτηριστικό παράδειγµα, στον Ελλαδικό χώρο είναι τα βωξιτικά κοιτάσµατα της ζώνης Παρνασσού - Γκιώνας (τρεις βωξιτικοί ορίζοντες βαιµιτικού, γυψιτικού και διασπορικού τύπου αντίστοιχα) των οποίων η εκµετάλλευση παρουσιάζεται συνοπτικά σε επόµενη παράγραφο. Βάσει των παραπάνω προϋποθέσεων και κυρίως λόγω της κλίσης του υπό µελέτη κοιτάσµατος διακρίνονται τρία διαφορετικά συστήµατα της µεθόδου των Θαλάµων και Στύλων : 1. Η εκµετάλλευση σε οριζόντιο ή σχεδόν οριζόντιο κοίτασµα. 2. Η εκµετάλλευση σε κεκλιµένο κοίτασµα (20 ο 30 ο ) χωρίς αυτοκινούµενο εξοπλισµό. 3. Η εκµετάλλευση σε κεκλιµένο κοίτασµα µε αυτοκινούµενο εξοπλισµό. α. Εκµετάλλευση σε οριζόντια κοιτάσµατα Στην εκµετάλλευση οριζόντιων ή παραοριζόντιων κοιτασµάτων δεν απαιτούνται πολλά προπαρασκευαστικά έργα. Οπως φαίνεται στο Σχ αρχικά η προσπέλαση του κοιτάσµατος γίνεται µέσω δύο τουλάχιστον στοών ή δύο φρεάτων (Στοές Α του Σχ ) ή οποιουδήποτε συνδυασµού αυτών µε σκοπό τόσο την εξυπηρέτηση της µεταφοράς του µεταλλεύµατος όσο και την δηµιουργία κατάλληλου κυκλώµατος αερισµού. Στάδιο 1: Κατερχόµενη όρυξη φρεάτων (α) 45

46 Στάδιο 2: Ορυξη διευθυντικής στοάς Στάδιο 3: Ορυξη στοάς περιχάραξης (β) (γ) 46

47 Στάδιο 4: Ορυξη εγκαρσίων και διευθυντικών δευτερευόντων στοών και δηµιουργία των πρώτων στύλων του κοιτάσµατος (δ) (ε): Προοπτική απεικόνιση του τµήµατος της εκµετάλλευσης στο οποίο έχουν αποµονωθεί οι στύλοι. 47

48 Στάδιο 5: Τελική φάση εκµετάλλευσης µετά την εγκατάλειψη του κοιτάσµατος (ζ) Σχ Παρουσίαση της µεθόδου Θ+Σ στα διάφορα στάδια εφαρµογής της Α Οροφή Μετάλλευµα Στύλοι Α' Τοµή ΑΑ (β) Σχ α,β: (α):τρισδιάστατη απεικόνιση της τυπικής µορφής µεθόδου Θαλάµων και Στύλων και εξόρυξη µε ασυνεχή µέθοδο στη µέθοδο Θαλάµων και Στύλων. (β): Κάτοψη και πλάγια όψη της παραπάνω µορφής. 48

49 Σχ γ: Τρισδιάστατη απεικόνιση της µεθόδου Θαλάµων και Στύλων και Εξόρυξη µε ασυνεχή µέθοδο στη µέθοδο Θαλάµων και Στύλων σε λιγνιτορυχείο, και µεταφορά µε σιδηροδροµική άµαξα (Μούσουλος, 1962). Για την περιχάραξη και την ανάπτυξη της εκµετάλλευσης, αρχικά ορύσσονται ορισµένες στοές όπως φαίνεται στο Σχ β, γ για την επικοινωνία του τµήµατος εκµετάλλευσης µε τις στοές βάσης µε σκοπό την εξυπηρέτηση στην µεταφορά του µεταλλεύµατος, αλλά στην συνέχεια τον ρόλο αυτό εξυπηρετούν οι θάλαµοι που ορύσσονται κατά την εκµετάλλευση (Θ, Σχ δ). Σχ α: Σχηµατική παρουσίαση της εξόρυξης µε µηχανικά µέσα στη µέθοδο Θαλάµων και Στύλων για περίπτωση οριζόντιου κοιτάσµατος. Φόρτωση και αποκοµιδή µε συνδυασµό αποξεστήρα (Duck-bill) ονούµενου οχετού Βαγονιών επί σιδηροτροχιών. 1, Αποξεστήρας (Duck-bill) 2, Εγκοπτήρα 3, ονούµενος οχετός 4, Μεταφορική ταινία (Μούσουλος 1962). 49

50 Η εξόρυξη είτε ακολουθεί συµβατικό κύκλο διάτρησης, ανατίναξης, φόρτωσης, µεταφοράς και τοπική υποστήριξη µε κοχλίες και πλέγµατα, είτε πραγµατοποιείται µε µηχανικά µέσα συνεχούς εξόρυξης-αποκοµιδής (Continous Miners), (Σχ α, β). Κατά την εξέλιξη των εργασιών εγκαταλείπονται αρχικά "κουβέρτες προστασίας" του µεταλλεύµατος, όπου στην συνέχεια µέσω της διάνοιξης εγκαρσίων αφήνονται στύλοι αρχικά µεγάλης διαµέτρου που κατά το στάδιο της εξόφλησης γίνεται µερική εξόφληση τους µε σκοπό την αύξηση του ποσοστού ανάκτησης. Η διάταξη των στύλων γίνεται µε κανονικό τρόπο και το σχήµα των στύλων δύναται να είναι τετράγωνο, ορθογώνιο ή και κυκλικό καθώς και το "µέτωπο" της εξόφλησης σχηµατίζει συνήθως γωνία 45 ο µε την κύρια στοά µεταφοράς, για λόγους πρόληψης και ελέγχου της ευστάθειας της οροφής. Σχ β: Απεικόνιση εξόρυξης µε µηχανικά µέσα στη µέθοδο Θαλάµων και Στύλων για περίπτωση οριζόντιου κοιτάσµατος. Αποκοµιδή µε βαγόνια και σιδηροδροµική άµαξα.(μούσουλος 1962). 50

51 Γενικά, αν έχουµε µεγάλης εκτάσεως κοιτάσµατα τότε διακρίνουµε δύο περιπτώσεις: Σύµφωνα µε την µέθοδο που φαίνεται στο Σχ α η εκµετάλλευση αρχίζει από τα όρια του κοιτάσµατος. Στο Σχ φαίνεται το φρέαρ ανέκλυσης το οποίο βρίσκεται έξω από το κοίτασµα ενώ άλλο ένα φρέαρ για τον αερισµό βρίσκεται µέσα σ αυτό. Στην άλλη περίπτωση, προκειµένου για µεγάλης εκτάσεως κοιτάσµατα, η εκµετάλλευση θα αρχίσει από το κέντρο του κοιτάσµατος όπως φαίνεται στο Σχ Η επιλογή του ενός εκ των δύο τρόπων εκµετάλλευσης εξαρτάται απ τις ανάγκες σε αερισµό και παραγωγή. Παραδείγµατος χάριν, αν αρχίσουµε τα µέτωπα απ το µέσον του κοιτάσµατος τότε θα έχουµε µεγάλα ανοίγµατα και εποµένως µεγάλες απατήσεις σε αερισµό. Απ την άλλη µεριά όµως θα έχουµε µεγαλύτερη παραγωγή και καλύτερο έλεγχο αυτής από ότι στην πρώτη περίπτωση. Σχ : Η εξόρυξη ξεκινά από τα όρια του κοιτάσµατος. 51

52 Σχ : Η εξόρυξη ξεκινά από το κέντρο του κοιτάσµατος. Γενικά, όπως φαίνεται στο Σχ η προσπέλαση θα γίνει µε ζεύγος φρεάτων Φ1 και Φ2. Κατόπιν αρχίζει η προπαρασκευή που συνίσταται στην όρυξη της στοάς Σ1 που ενώνει τα δύο φρέατα και κατόπιν της Σ2 η οποία αποτελεί την προέκταση της Σ1. 52

53 Φ1 Σ1 Παραγωγικό µέτωπο Μ2 Παραγωγικό µέτωπο Μ1 Φ2 (Φρέαρ Αερισµού) Μ3 Σ2 Μ4 Για τα τµήµατα Μ3 και Μ4 απαιτείται τεχνητός αερισµός Σχ : Μέθοδος Θαλάµων και Στύλων. Προσπέλαση και προπαρασκευή. Για το τµήµα που περιχαράσσει η στοά Σ2 απαιτείται τεχνητός αερισµός. Οι στοές Σ1 και Σ2 αποτελούν την αφετηρία για την εκκίνηση των παραγωγικών µετώπων Μ1, Μ2, Τα µέτωπα αυτά βρίσκονται αριστερά ή δεξιά των στοών Σ1 και Σ2 ανάλογα µε τις ανάγκες παραγωγής. Σε κοιτάσµατα µετρίου πάχους (5 10 m) εφαρµόζεται πολύ συχνά η µέθοδος Θαλάµων και Στύλων σε συνδυασµό µε Ορθές Βαθµίδες, που µοιάζει µε την αντίστοιχη επιφανειακή εκµετάλλευση και χαρακτηρίζεται από την σταδιακή εγκατάλειψη στύλων µεγάλου µήκους µετά την εξόρυξη των βαθµίδων (Σχ α, β). 53

54 (α) (β): Λεπτοµέρειες εξόρυξης Σχ α, β: Μέθοδος Θαλάµων και Στύλων µε βαθµίδες. 54

55 Η µεταφορά του µεταλλεύµατος κατά τον συµβατικό κύκλο εξόρυξης γίνεται µε δηζελοκίνητα οχήµατα τύπου LHD που λειτουργούν είτε αυτόνοµα είτε σε συνδυασµό µε φορτηγά αν αυτό είναι επιτρεπτό από τις διαστάσεις των ανοιγµάτων. Στην περίπτωση των ανθρακωρυχείων και για την επίτευξη υψηλής παραγωγικότητας τα µηχανήµατα µηχανικής εξόρυξης συνδυάζονται µε µεταφορικές ταινίες ώστε να µην υπάρχουν καθυστερήσεις στην µεταφορά. Σε οριζόντια ή παρα-οριζόντια κοιτάσµατα µεγάλου πάχους (>5 m) εφαρµόζεται επίσης η συνδυασµένη µέθοδος Θ+Σ και ορθών ή ανεστραµµένων βαθµίδων. Στο Σχ παρουσιάζεται η εγκάρσια τοµή µεθόδου µε ορθές βαθµίδες στην περίπτωση που η οροφή είναι ανθεκτικώτερη του κοιτάσµατος. Η µέθοδος αυτή εφαρµόζεται ευρέως για την υπόγεια εκµετάλλευση µαρµάρων στις HΠΑ, Ιταλία (Carrara), και προσφάτως στην Ελλάδα (Λατοµεία µαρµάρου ιονύσου, Αττική). Στην περίπτωση που το µετάλλευµα είναι ανθεκτικώτερο της οροφής εφαρµόζεται η µέθοδος των ανεστραµένων βαθµίδων που φαίνεται στα Σχ , 12. Κοχλίες υποστήριξης οροφής ιατρήµατα ιατρήµατα Σχ : Εξόρυξη µε βαθµίδες για περίπτωση που η οροφή είναι ανθεκτικότερη του µεταλλεύµατος. 55

56 Κοχλίες οροφής (σηµειακής ή καθολικής αγκύρωσης) ιατρήµατα ιατρήµατα Σχ : Εξόρυξη µε βαθµίδες για περίπτωση που η οροφή είναι ανθεκτικότερη του µεταλλεύµατος. ιατρήµατα Στύλος Σχ : Εξόρυξη σε κοιτάσµατα µετρίου πάχους για περίπτωση µετάλλευµατος ανθεκτικότερου της οροφής. 56

57 ιατρήµατα Θραυσµένο µετάλλευµα Σχ : Εξόρυξη σε κοιτάσµατα µετρίου πάχους µε ανεστραµµένες βαθµίδες για περίπτωση µεταλλεύµατος ανθεκτικότερου της οροφής. Ο σωρός του θραυσµένου µεταλλεύµατος χρησιµοποιείται ως δάπεδο εργασίας για την όρυξη των οριζοντίων και παρακατακορύφων διατρηµάτων. Η µέθοδος του Σχ µε ανεστραµµένες βαθµίδες χαρακτηρίζεται από µεγάλο κόστος. Ο µηχανολογικός εξοπλισµός διάτρησης προσεγγίζει το µέτωπο µε την βοήθεια ράµπας που διαµορφώνεται από το σωρό θραυσµένου υλικού. β. Εκµετάλλευση σε κεκλιµένα κοιτάσµατα Υπάρχουν δύο περιπτώσεις εφαρµογής της µεθόδου ανάλογα µε το αν η εκµετάλλευση θα γίνει σε κεκλιµένο επίπεδο (Inclined Room and Pillar Mining) (Σχ ), ή θα γίνει σε βαθµίδες πάνω στο κεκλιµένο επίπεδο (Σχ και 14 Step Room and Pillar Mining). 57

58 (α) (β) Σχ :(α) Μέθοδος Θαλάµων και Στύλων σε κεκλιµένα κοιτάσµατα (β) Λεπτοµέρεια εξόρυξης µεταλλεύµατος µε χρήση αποξεστήρα 58

59 Σχ : Εκµετάλλευση σε κεκλιµένο επίπεδο µε βαθµίδες και ράµπες (Step Room and Pillar Mining). H πρώτη περίπτωση εφαρµόζεται όταν λόγω της µεγάλης κλίσης δεν επιτρέπεται η χρήση ελαστιχοφόρου αυτοκινούµενου µηχανικού εξοπλισµού (µέγιστη κλίση = 20% µε µέση κλίση = 12%), όπως χαρακτηριστικά φαίνεται στο Σχ α,β,γ όπου παρουσιάζεται η µέθοδος εκµετάλλευσης κοιτάσµατος διαµαντιών στο Rand της Νοτίου Αφρικής. 59

60 Α 1 Λ1 Λ2 Ε Λ3 2 Α' (α) m Λ1 Λ2 Λ3 2 Ε (β) 60

61 (γ) Σχ α,β,γ: α: Κάτοψη µεθόδου Θαλάµων Στύλων για περίπτωση κεκλιµένου κοιτάσµατος. Η µεταφορά του µεταλλεύµατος γίνεται µε την βοήθεια των παρακατακορύφων λουκιών. β: Τοµή ΑΑ. γ: Τρισδιάστατη άποψη του µοντέλου που περιγράφει την συγκεκριµένη περίπτωση. εδοµένου ότι αποκλείεται η χρήση αυτοκινούµενου εξοπλισµού η προπαρασκευή του κεκλιµένου κοιτάσµατος γίνεται µε την ανάπτυξη συστήµατος διευθυντικών στοών περιχάραξης 1 και 2, και παρακατακορύφων ανοιγµάτων ή λουκιών (Λ1, Λ2, Λ3) σε ορισµένες κάθετες αποστάσεις που εξυπηρετούν την διακίνηση του εξορυγµένου υλικού. Στην συνέχεια ακολουθείται η διαδικασία εκµετάλλευσης των Θαλάµων και Στύλων (Σχ ). Στις σύγχρονες εκµεταλλεύσεις κεκλιµένων κοιτασµάτων εφαρµόζεται η µέθοδος εκµετάλλευσης µε βαθµίδες πάνω στο κεκλιµένο επίπεδο η οποία επιτρέπει την λειτουργία αυτοκινούµενου εξοπλισµού στα µέτωπα εργασίας (Σχ ). Για τον σκοπό αυτό από την στοά βάσης ορύσσονται ανωφερικές διαγώνιες στοές µέχρι το ανώτατο σηµείο του τµήµατος εκµετάλλευσης. Εν συνεχεία, η εξόφληση γίνεται µέσω διευθυντικών στοών που ορύσσονται από τις αρχικές διαγώνιες. Η εκµετάλλευση προχωρεί από το ανώτατο προς το κατώτατο σηµείο του τµήµατος όπου βρίσκεται η κύρια στοά µεταφοράς και γίνεται η αποκοµιδή του προϊόντος (Σχ ). 61

62 Μεθόδος Θαλάµων και Στύλων µε Λιθογόµωση Αυτή η παραλλαγή της µεθόδου Θαλάµων και Στύλων (Σχ ) εφαρµόζεται σε κοιτάσµατα µέτριου πάχους m και είναι ανάλογη της εκµεταλλεύσεως µε βαθµίδες. Η εκµετάλλευση της ανώτερης στρώσης προχωρά λίγο πιο µπροστά από αυτήν της κατώτερης στρώσης. Η λιθογόµωση προχωρεί αφού έχει εξορυχθεί πλήρως µια οριζόντια στρώση πάχους 3 5 m. Α Β Β' Α' (α) Μετάλλευµα Λιθογοµούµενο Τοµή Α - Α' Στύλοι (β) 62

63 Στύλοι Τοµή Β - Β (γ) Σχ : Μέθοδος Θαλάµων και Στύλων µε Λιθογόµωση. (α) :Κάτοψη, (β) :Τοµή ΑΑ, (γ) :Τοµή ΒΒ Λιθογοµούµενο Άλλη µια συνηθισµένη παραλλαγή της µεθόδου είναι αυτή των πολύ µεγάλων στύλων κατά την οποία στο αρχικό στάδιο προπαρασκευής οι θάλαµοι εκφυλίζονται σε διευθυντικές στοές που ορύσσονται κατά την ανάπτυξη του κοιτάσµατος. Η εξόρυξη των στύλων είναι αρκετά πολύπλοκη και ακολουθεί την παλαιά κλασσική µέθοδο (βλ. Σχ ). Μετά την πλήρη εξόφληση κάθε στύλου η οροφή αφήνεται να κατακρηµνισθεί Κατακρηµνισθέν Σχ : Μέθοδος Θαλάµων και Στύλων µε µεγάλες διαστάσεις των στύλων. Την εξόρυξη του µεταλλεύµατος ακολουθεί η εξόρυξη των στύλων και η κατακρήµνιση της οροφής. 63

64 Πρέπει να σηµειωθεί ότι η εφαρµογή των παραλλαγών κάθε µεθόδου εκµετάλλευσης καθορίζεται τόσο από τις ιδιότητες του κοιτάσµατος (γεωµετρία, γεωµηχανικές ιδιότητες) αλλά και της οροφής (γεωλογία, γεωµετρία ασυνεχειών και γεωµηχανικές ιδιότητες) όσο και από την ανάγκη βελτιστοποίησης των οικονοµικών στοιχείων (π.χ αύξηση του ποσοστού απόληψης, µη δυνατότητα αγοράς και χρήσης νέου εξοπλισµού αλλά χρήσης του καθορισµένου προυπάρχοντος εξοπλισµού κ.λπ). Στις τοµές του Σχ παρουσιάζεται µέθοδος κατά την οποία ορύσσονται κατ αρχήν τρείς κεντρικές στοές ανάπτυξης του κάθε τµήµατος από τις οποίες εκκινούν δύο παραγωγικά µέτωπα τα οποία κατακρηµνίζονται κατά την υποχώρηση. Α Β Μετάλλευµα Β' Α' Στοές ανάπτυξης (α) Tοµή ΒΒ' (β) 64

65 Tοµή ΑΑ' (γ) Σχ : Μέθοδος Επιµήκων Στύλων µε κατακρήµνιση οροφής. Καταυτήν την µέθοδο το τµήµα της εκµετάλλευσης υποδιαιρείται σε τρία µικρότερα τµήµατα µε τη βοήθεια τριών διευθυντικών στοών ανάπτυξης. Τα τµήµατα αυτά χωρίζονται σε δύο µικρότερα µε τη βοήθεια δύο παραγωγικών στοών που εκκινούν από κάθε διευθυντική στοά. Κάθε µια παραγωγική στοά διαιρείται στην κάτω στοά (δαπέδου) και στο ογκοτεµάχιο της οροφής. Πρακτική εφαρµογή της µεθόδου των Θαλάµων και Στύλων 2. Γεωλογικά και Κοιτασµστολογικά στοιχεία της περιοχής εκµετάλλευσης της ΑΕΜ ΒΩΞΙΤΑΙ ΠΑΡΝΑΣΣΟΥ Οι γεωλογικοί σχηµατισµοί που συναντώνται στην περιοχή των µεταλλείων των ΑΕΜ βωξιτών Παρνασσού - Γκιώνας είναι από πάνω προς τα κάτω, φλύσχης, συµπαγείς έως και κρυσταλλικοί βιτουµενιούχοι ασβεστόλιθοι του Σενωνίου καιτουρωνίου, ενδιάµεσοι ασβεστόλιθοι του Κενοµάνιου και Τιθωνίου, σκοτεινόχρωµοι ασβεστόλιθοι του Κενοµάνιου και Τιθωνίου, και σκοτεινόχρωµοι ασβεστόλιθοι του Κιµεριδίου. 65

66 Ασβεστόλιθος Οροφής Βωξίτης Ασβεστόλιθος Πατώµατος Σχ : Κατακόρυφη τοµή κατά την κλίση του κοιτάσµατος που παρουσιάζει τυπική µορφή κοιτάσµατος Βωξίτη. Στην περιοχή συναντώνται κοιτάσµατα που ανήκουν σε δύο διαφορετικούς ορίζοντες, αποτέλεσµα της διαφορετικής χρονικής περιόδου κοιτασµατογένεσης που συνοδεύονται κι από ορισµένες διαφοροποιήσεις στην υφή και την ποιότητα του µεταλλεύµατος. Η περιοχή είναι έντονα πτυχωµένη και τεκτονισµένη, µε σύγκλινα, αντίκλινα, εφφιπεύσεις και ρήγµατα που έχουν σαν αποτέλεσµα τη διαφοροποίηση της κλίσης και της παράταξης των πετρωµάτων των κοιτασµάτων και ιδιαίτερα στις νοτιοδυτικές περιοχές. Τα κοιτάσµατα βωξίτη ανώτερου και µεσαίου ορίζοντα είναι συνήθως της τάξεως µεγέθους από 5000 έως τόννων το καθένα. Η τοπική µορφή ενός κοιτάσµατος είναι µερικές δεκάδες έως εκατοντάδες µέτρα µήκος και πλάτος, πάχος από 1m µέχρι 30m και κλίση 15-30, εκτός από µερικές περιπτώσεις όπου η κλίση υπερβαίνει τις 70. Η οροφή των κοιτασµάτων είναι επίπεδη και διαταράσσεται µόνο από τεκτονικές ανωµαλίες, ενώ αντιθέτως το δάπεδο 66

67 είναι πολύ ανώµαλο και παρουσιάζονται σηµαντικές εξάρσεις των πατωµάτων εντός του βωξίτη λόγω των καρστικών σχηµατισµών. Η µορφή που απαντάται συχνότερα είναι αυτή της δολίνας. Το σχήµα της είναι οβάλ ως κυκλικό, σπανιότερα δε µε ακανόνιστη περίµετρο. Το µέγεθος (επιφάνεια) κυµαίνεται από εκτάριο, η διάµετρος από 50 έως 200m (τυπικές διαστάσεις). Τα τοιχώµατα της δολινας είναι συνήθως µεγάλης κλίσης (πάνω από 50 ) ενώ συχνά εµφανίζονται και κατάκορυφα. Ο πυθµένας της δολίνας είναι ανώµαλος, µε τυπικά καρστικά "δόντια" που δίνουν την εντύπωση καναλιών. Μία χαρακτηριστική περίπτωση κοιτάσµατος βωξίτη φαίνεται στο Σχ που παρουσιάζεται παρακάτω. Σε πολλές περιπτώσεις η µετάβαση από τον βωξίτη στον ασβεστόλιθο, γίνεται σταδίακα µε την παρεµβολή στρωµάτων µικρού συνήθως πάχους "γκρι βωξίτη" που είναι καλής ποιότητας µε µεγάλη περιεκτικότητα σε Al 2 O 3 και πολύ µικρή περιεκτικότητα σε Fe 2 O 3. Οι ποσότητες τέτοιου βωξίτη είναι πολύ µικρές, αλλά λόγω της εξαιρετικής ποιότητας δεν αφήνονται ανεκµετάλλευτες. Ένα σηµαντικό στοιχείο είναι το γεγονός ότι τόσο οι υπερκείµενοι όσο και οι υποκείµενοι ασβεστόλιθοι παρουσιάζονται καρστικοποιηµένοι. Το υπόβαθρο του καρστ δεν εµφανίζεται στην επιφάνεια και βρίσκεται σε άγνωστο βάθος. Τα ρήγµατα της περιοχής έχουν διεύθυνση ΒΒ -ΝΝΑ έως Α-, οι δε δολίνες του καρστ είναι διατεταγµένες κατά µήκος αυτών. Τέλος πρέπει να σηµειωθεί, ότι ο µεγάλος αριθµός των κοιτασµάτων, το µέγεθος τους, η ποιότητά τους, η γεωγραφική διασπορά τους, η µορφολογία του εδάφους και οι τεκτονικές ανωµαλίες της περιοχής δηµιουργούν πάρα πολλά προβλήµατα σε θέµατα σχεδιασµού, προγραµµατισµού καθώς και οργάνωσης των εργασιών εκµετάλλευσης. Αρκετές φορές τα κοιτάσµατα είναι έντονα τεκτονισµένα. Η εικόνα ενός τέτοιου κοιτάσµατος δίνεται παρακάτω. 67

68 Σχ : Κοίτασµα Βωξίτη µέσα σε τεκτονισµένες περιοχές. Οι υπαίθριες εκµεταλλεύσεις φθάνουν µέχρι µεγίστης σχέσεως αποκαλύψης 6 10m 3 /ton βωξίτη ανάλογα µε την απόσταση απόρριψης των αγόνων. 2. Υπόγεια Εκµετάλλευση Γενικά Η πλέον συνήθης µέθοδος σε βωξιτικά κοιτάσµατα στην Ελλάδα είναι η µέθοδος των θαλάµων και στύλων, η οποία εφαρµόζεται και από την ΑΕΜ ΒΩΞΙΤΑΙ ΠΑΡΝΑΣΣΟΥ. Πρέπει να σηµειωθεί, ότι οι µέθοδοι εκµετάλλευσης είναι πολλές, αν θεωρήσουµε ότι κάθε κοίτασµα αποτελεί µοναδική περίπτωση και η µέθοδος που χρησιµοποιείται είναι προσαρµοσµένη στα χαρακτηριστικά του. Όµως στην περίπτωση του βωξίτη χρησιµοποιείται κατά κύριο λόγο η µέθοδος των θαλάµων και στύλων µε διάφορες παραλλαγές και η µέθοδος των διαδοχικών ορόφων µε κατακρήµνιση της οροφής. Η µέθοδος των θαλάµων και στύλων είναι µέθοδος µε κενά και υποστήριξη της οροφής µε στύλους βωξίτη. Εφαρµόζεται σε κοιτάσµατα βωξίτη µε κλίση 30, πάχος µέχρι 7-8m και σχετικά ανθεκτικά υπερκείµενα πετρώµατα. Σε περίπτωση 68

69 που το πάχος του βωξίτη είναι µεγαλύτερο από 8m τότε χρησιµοποιείται η µέθοδος θαλάµων και στύλων µε ξηρή λιθογόµωση κι εγκλωβισµό των στύλων στο υλικό λιθογόµωσης προς αύξηση της αντοχής των πετρωµάτων (Σχ ). 2η Φάση 1η Φάση Σχ : Σχηµατική παράσταση της µεθόδου θαλάµων και στύλων µε λιθογόµωση των κενών σε κοιτάσµατα µε µεγάλο πάχος. Στην περίπτωση κοιτασµάτων των οποίων η κλίση υπερβαίνει τις 60 εφαρµόζεται η µέθοδος των διαδοχικών ορόφων µε κατακρήµνιση της οροφής που αφορά όµως πολύ µικρό αριθµό εκµεταλλεύσεων. Γενικά πάντως, στην επιλογή της κατάλληλης µεθόδου εκµετάλλευσης ενός βωξιτικού κοιτάσµατος συνεκτιµώνται η γεωλογική του εικόνα, καθώς και τα µηχανικά χαρακτηριστικά του βωξίτη και τωνπεριβαλλόντων πετρωµάτων προκειµένου να υπάρξει η µεγαλύτερη δυνατή απόληψη και η µικρότερη δυνατή αραίωση του µεταλλεύµατος. 3. Εφαρµογή της µεθόδου των Θαλάµων και Στύλων: Περίπτωση κοιτάσµατος µικρού πάχους Εφαρµόζεται σε κοιτάσµατα κλίσης µέχρι 30 και πάχους 8m. Η περιχάραξη γίνεται µε στοές ανάλογες των στοών προσπέλασης. Σκοπός της φάσης αυτής είναι η 69

70 οριοθέτηση µεγάλων τµηµάτων της εκµετάλλευσης, η επιβεβαίωση της γεωλογικής εικόνας του κοιτάσµατος και η δειγµατοληψία των ποιοτικών χαρακτηριστικών του Βωξίτη. Οι στοές περιχάραξης ορύσσονται µε καθοδηγητικό στοιχείο την ανώτερη επαφή του βωξίτη µε τον υπερκείµενο ασβεστόλιθο (Σχ ). Εγκάρσια Στοά Προσπέλασης Κύρια ιευθυντική Στοά Βωξίτης Κύρια ιευθυντική Στοά Εγκάρσια Στοά Προσπέλασης Σχ : Τοµή κατά την κλίση άποψης προσπέλασης κοιτάσµατος βωξίτη. Κατά την φάση της ανάπτυξης ορύσσονται θάλαµοι µε αφετηρία τις στοές περιχάραξης. Η απόσταση των αξόνων των θαλάµων είναι περίπου 13m και ορύσσονται µέχρι τα όρια του κοιτάσµατος. Στη φάση της εξόφλησης οι θάλαµοι που είναι σχεδόν παράλληλοι µεταξύ τους ενώνονται µε εγκάρσιες στοές που διευρύνονται τόσο ώστε στο τέλος να εγκαταλειφθούν στύλοι σε απόσταση 13m (κέντρο µε κέντρο στύλου) και προϋπολογιζόµενες διαστάσεις 5 x 5 m 2 περίπου. Η οπισθοχώρηση γίνεται προς το σηµείο εισόδου. Πρέπει να σηµειωθεί ότι τα ανωτέρω ισχύουν για πάχος κοιτάσµατος m. Αν το πάχος του κοιτάσµατος κυµαίνεται από 5.5 έως 8m τότε ακολουθείται η εξής τεχνική: Ορύσσονται κατά τα παραπάνω οι στοές ανάπτυξης στο ταβάνι, µε ύψος θαλάµου περίπου 5.5m και κατά την φάση της οπισθοχώρησης λαµβάνεται ο υποκείµενος βωξίτης στις θέσεις όπου το πάχος υπερβαίνει τα 5.5m. Στο τέλος και πάλι αφήνονται οι στύλοι µε διαστάσεις ανάλογες των συνθηκών που αναφέρθησαν παραπάνω. 70

71 4. Περίπτωση κοιτάσµατος µεγάλου πάχους Εφαρµόζεται σε κοιτάσµατα µε µέτρια κλίση όπως τα προηγούµενα µε την διαφορά όµως ότι τα πάχη τους ξεπερνούν τα 8-10m. Οι σηµαντικές διαφορές µεταξύ των δύο µεθόδων συνίστανται στο γεγονός ότι στην δεύτερη περίπτωση η περιχάραξη και η ανάπτυξη του κοιτάσµατος, γίνεται µε τον ίδιο τρόπο αλλά από τα βαθύτερα σηµεία του κοιτάσµατος, καθώς και στο ότι οι στύλοι δεν αφήνονται ελεύθεροι να στηρίζουν την οροφή αλλά γίνεται λιθογόµωση προς αύξηση της αντοχής τους και για να δηµιουργηθεί νέο ανυψωµένο πάτωµα για την διεύρυνση των θαλάµων προς τα πάνω (Σχ & ) Σχ : Τρισδιάστατη άποψη της µεθόδου Θαλάµων και Στύλων µε λιθογόµωση. Έτσι σε γενικές γραµµές ορύσσονται οι θάλαµοι µε ύψος περίπου 6m, ακολουθεί η διεύρυνσή τους, η τελική µείωση των διαστάσεων τους και τέλος γίνεται µερική λιθογόµωση σε τέτοιο ύψος ώστε να µπορούν να κινηθούν άνετα τα 71

72 µηχανήµατα εξόρυξης και φόρτωσης. Επειτα µε όρυξη διατρηµάτων σε σχήµα βεντάλιας στην οροφή επιτυγχάνεται η άνοδος της εκµετάλλευσης καθώς χρησιµοποιείται ως πάτωµα η λιθογόµωση. Το µήκος των διατρηµάτων και ως εκ τούτου και το πάχος του βωξίτη που λαµβάνεται κάθε φορά είναι περίπου 2-2.5m. 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 οροφής. Η προσπέλαση στο κάτω µέρος του κοιτάσµατος γίνεται είτε µε ράµπα, είτε µε κεκλιµένη στοά που έχει σαν αφετηρία πάντα την κεντρική στοά προσπέλασης. Η δε κλίση των στοών αυτών είναι περίπου 10% για να εξυπηρετείται η µεταφορά. Στις περισσότερες περιπτώσεις, η στοά περιχάραξης ορύσσεται µε κλίση -10% ώστε µε την άνοδο της εκµετάλλευσης σε ψηλότερα επίπεδα και µε κατάλληλες εργασίες (προσχώσεις µε στείρα) να επιτυγχάνεται αύξηση της κλίσης µέχρι το +10%. Με τον τρόπο αυτό και σε συνδυασµό µε το µήκος της στοάς µπορεί να επιτευχθεί κι εξυπηρέτηση του κοιτάσµατος µε µία µόνο στοά, ακόµα και για κοιτάσµατα µε πάχος µεγαλύτερο των 20m. Η λιθογόµωση γίνεται µε τους συνήθεις φορτωτές του µεταλλείου. Στα πλαίσια όµως της περαιτέρω µηχανοποίησης των εργασιών έχει αρχίσει να χρησιµοποιείται ειδικό µηχάνηµα µεταφοράς κι εκτόξευσης του υλικού λιθογόµωσης. Τέλος ως υλικό λιθογόµωσης χρησιµοποιείται το στείρο προϊόν της εξόρυξης (ασβεστόλιθος). Η δε λιθογόµωση γίνεται είτε παράλληλα µε την διεύρυνση προς τα πάνω του θαλάµου είτε µετά την ολοκλήρωση της διεύρυνσης. 72

73 2.2.3 Μέθοδος των βαθµίδων άνευ εγκαταλείψεως στύλων Η εξόρυξη στις µεθόδους των ορθών (Underhand Stoping) και των ανεστραµµένων (Overhand Stoping) βαθµίδων µπορεί να εφαρµοσθεί σε στρωµατοειδή κοιτάσµατα µικρού πάχους (Σχ ). Σχ : Εκκίνηση µεθόδου βαθµίδων µε κενά µέτωπα σε στρωµατοειδές κοίτασµα µικρού πάχους. Προϋποθέσεις και πεδίο εφαρµογής : Απαραίτητες προϋποθέσεις και πεδίο εφαρµογής της µεθόδου αυτής είναι : Μετάλλευµα υψηλής µηχανικής αντοχής. Περιβάλλον πέτρωµα υψηλής ως µέσης µηχανικής αντοχής. Κοίτασµα φλεβικό ή στρωσιγενές. Πάχος κοιτάσµατος µικρότερο των 3 m. Oποιαδήποτε κλίση κοιτάσµατος. Aνάλογα µε την κλίση του κοιτάσµατος επιλέγεται και η µορφή των βαθµίδων. Για κλίση άνω των 50 o εφαρµόζονται ορθές βαθµίδες ενώ οι ανεστραµµένες βαθµίδες µπορούν να εφαρµοστούν σε οποιαδήποτε κλίση. Εργασίες προπαρασκευής: Το κοίτασµα χωρίζεται αρχικά σε πατώµατα (Σχ ), µέσω διευθυντικών στοών ( ) και το κάθε πάτωµα σε τµήµατα µέσω κεκλιµένων (Κ). Τόσο τα κεκλιµένα, που ορύσσονται κατά την κλίση του κοιτάσµατος, όσο και οι 73

74 διευθυντικές στοές τοποθετούνται εντός του µεταλλεύµατος. Τα έργα προπαρασκευής είναι τα ίδια ανεξάρτητα του συστήµατος των βαθµίδων που θα χρησιµοποιηθεί, σε αντίθεση µε το εύρος του πατώµατος. Για τις ορθές βαθµίδες το εύρος του πατώµατος κυµαίνεται µεταξύ 30m και 50m, ενώ για τις ανεστραµµένες σπάνια υπερβαίνει τα 30 m. Είναι δυνατή η χρήση διαφορετικού συστήµατος βαθµίδων για το κάθε πάτωµα, ανάλογα µε τις ιδιοµορφίες και ανάγκες του εκµεταλλευόµενου πατώµατος. Σχήµα : Τρισδιάστατη άποψη του στερεού µοντέλου της µεθόδου underhand stopping που περιγράφει τον τρόπο προπαρασκευής του κοιτάσµατος. Σχήµα : Τρισδιάστατη άποψη τµήµατος κοιτάσµατος που εκµεταλλεύεται µε την µέθοδο των ορθών βαθµίδων (underhand stoping). 74

75 Εξόρυξη του Μεταλλεύµατος: Όπως έχει προαναφερθεί υπάρχουν δύο συστήµατα βαθµίδων που χρησιµοποιούνται για την εκµετάλλευση του κάθε πατώµατος, οι ορθές και οι ανεστραµµένες. α. Eξόρυξη µε σύστηµα ορθών βαθµίδων (underhand stopping) Η εξόρυξη πραγµατοποιείται εντός διαδοχικών ορθών βαθµίδων, ύψους 2m ως 3m, που δηµιουργούνται και από τις δύο πλευρές εκατέρωθεν του κεκλιµένου.τα διατρήµατα ορύσσονται προς τα κάτω από το φρύδι της βαθµίδας και παράλληλα προς την πρόσοψη της βαθµίδας από το "πόδι" της αµέσως ανώτερης βαθµίδας. Το θραυσµένο µετάλλευµα εν µέρει εκτινάσσεται κατά την ανατίναξη και το υπόλοιπο µεταφέρεται µέσω πτύου εντός του κενού χώρου και κατέρχεται λόγω βαρύτητας στην στοά βάσης όπου γίνεται η φόρτωση και µεταφορά του. Για την διευκόλυνση της µεταφοράς του µεταλλεύµατος (Σ) αφήνεται στύλος µεταλλεύµατος κατά µήκος της Κ Σ (Σχ ), µέσω του οποίου κατασκευάζονται λούκια για την διευκόλυνση της φόρτωσης. Η διατήρηση της ανώτερης στοάς του πατώµατος επιτυγχάνεται µε την εγκατάλειψη στύλων Ρ ή µε την δηµιουργία τεχνητού δαπέδου. Στάδιο 1: Ορυξη φρέατος και άνω διευθυντικής στοάς Ανω ιευθυντική Στοά Κεκλιµένα (α) Ορια κοιτάσµατος 75

76 Στάδιο 2: Χωρισµός του κοιτάσµατος σε πατώµατα µε στοές (β) Στάδιο 3: Υποδιαίρεση κάθε πατώµατος σε τοµείς µε κεκλιµένα και δηµιουργία ορθών βαθµίδων (γ) 76

77 (δ) Σχήµα (α, β, γ): ιαδοχικά στάδια περιχάραξης και προπαρασκευής κοιτάσµατος, (δ):προχώρηση του µετώπου εκµετάλλευσης στη µέθοδο των ορθών βαθµίδων. Η ελάχιστη κλίση φ της γραµµής διάταξης των βαθµίδων είναι 45 ο, δηλαδή το εύρος του δαπέδου είναι ίσο µε ύψος της βαθµίδος για κατακόρυφη βαθµίδα. εδοµένου του εύρους του πατώµατος και της κλίσεως της γραµµής διάταξης των βαθµίδων ορίζεται και το ελάχιστο µήκος του τµήµατος. Τα πλεονεκτήµατα της µεθόδου ορθών βαθµίδων είναι : Mικρή έκταση των προπαρασκευαστικών έργων. Υψηλό ποσοστό ανάκτησης του µεταλλεύµατος. Ευνοϊκές συνθήκες διάτρησης και άµεση παραγωγή. Τα µειονεκτήµατα της µεθόδου είναι : o Έλλειψη δυνατότητας διαλογής στην θέση του µετώπου. o υσκολία µεταφοράς του θραυσµένου υλικού από τις ανώτερες βαθµίδες προς τις κατώτερες και τελικά προς την στοά βάσης. o Κακές συνθήκες ασφαλείας λόγω των κενών άνωθεν των θέσεων εργασίας. 77

78 β. Εξόρυξη µε σύστηµα ανεστραµµένων βαθµίδων (Overhand stoping or benching) Άνω ιευθυντική Στοά Άνω ιευθυντική Στοά Κοίτασµα Κεκλιµένο Κοίτασµα Κεκλιµένο Τρίτο Μέτωπο εύτερο Μέτωπο Πρώτο Μέτωπο Κάτω ιευθυντική Στοά Κάτω ιευθυντική Στοά Τοµή Α - Α' (α) (β) (γ) Σχ α: Κατακόρυφη τοµή κατά την κλίση της µεθόδου ανεστραµµένων βαθµίδων β: Κατακόρυφη τοµή κατά την διεύθυνση της µεθόδου ανεστραµµένων βαθµίδων µε ένα µέτωπο εξόρυξης γ: Κατακόρυφη τοµή κατά την διεύθυνση της µεθόδου ανεστραµµένων βαθµίδων µε δύο µέτωπα εξόρυξης Γενικές απόψεις της µεθόδου των ανεστραµµένων βαθµίδων σε στρωµατοειδή κοιτάσµατα µικρού πάχους παρουσιάζονται στο Σχ Τα ανιόντα µέτωπα είναι πρακτικά «αντίστροφα» κατιόντα µέτωπα όπου οι µεταλλωρύχοι εργάζονται κάτω από το µετάλλευµα που πρόκειται να εξορυχθεί και η διάτρηση γίνεται από κάτω προς τα πάνω (overhand drilling). Η εξόρυξη πραγµατοποιείται εντός συστήµατος ανεστραµµένων βαθµίδων, των οποίων η γραµµή διατάξεως τους ΑΑ κινείται παράλληλα προς την διεύθυνση του κοιτάσµατος (Σχ ). 78

79 Σχήµα : Τρισδιάστατη άποψη της µεθόδου των ανεστραµµένων βαθµίδων. Η προχώρηση των µετώπων γίνεται µε διάτρηση-ανατίναξη και τεχνητά δάπεδα εργασίας Όταν είναι επιθυµητή η προστασία της στοάς βάσεως, µε την εγκατάλειψη στύλων, τότε προηγείται η όρυξη βοηθητικής στοάς Β (Σχ ), η οποία είναι παράλληλη της υποκείµενης στοάς βάσης. Η εκκίνηση αυτής της βοηθητικής στοάς γίνεται από την µία ή και από τις δύο πλευρές του κεκλιµένου που συνδέει τις διευθυντικές στοές. Η όρυξη των διατρηµάτων γίνεται παράλληλα προς την πρόσοψη της βαθµίδας, τα οποία ορύσσονται οριζόντια ή κατά την κλίση και προς τα πάνω. Αν η κλίση του κοιτάσµατος είναι µεγαλύτερη των 30 ο τότε τοποθετούνται τεχνητά δάπεδα εργασίας π.χ. τοποθετούνται ξύλινοι στύλοι κάθετα µεταξύ των παρυφών του κοιτάσµατος και πάνω τους τοποθετούνται ξύλινα ή µεταλλικά δάπεδα κ.λπ., αλλιώς το δάπεδο εργασιών ταυτίζεται µε την στρώση (Σχ ). Η αποκοµιδή και µεταφορά του µεταλλεύµατος από τα µέτωπα εργασίας για συνηθισµένες κλίσεις γίνεται µέσω βαρύτητας όπου το θραυσµένο µετάλλευµα καταλήγει στην στοά βάσης. Τα πλεονεκτήµατα της µεθόδου είναι : Καλύτερη ασφάλεια των εργασιών. Χαµηλότερο κόστος αποκοµιδής και µεταφοράς του µεταλλεύµατος από τα µέτωπα εργασίας. 79

80 Τα µειονεκτήµατα της µεθόδου είναι : o υσκολία όρυξης των διατρηµάτων. o Αύξηση του χρόνου προετοιµασίας (για κλίσεις µεγαλύτερες των 30 0 ) εξαιτίας της ανάγκης δηµιουργίας τεχνητών δαπέδων Μέθοδος των ιαδοχικών Ορόφων µε κενά µέτωπα Η µέθοδος των ιαδοχικών Ορόφων (Sublevel open Stoping) αναπτύχθηκε για την εκµετάλλευση κατακορύφων έως παρακατακόρυφων κοιτασµάτων υψηλών µηχανικών ιδιοτήτων (RMR > 50, κλάσεις Ι, ΙΙΙ, ΙV) µε σκοπό την υψηλή παραγωγικότητα και µηχανοποίηση της µεθόδου και την µέγιστη αποληψιµότητα µεταλλεύµατος. Τυπική τρισδιάστατη άποψη της µεθόδου φαίνεται στο Σχ Σχήµα : Τυπική τρισδιάστατη άποψη που περιγράφει την µέθοδο των ιαδοχικών Ορόφων. 80

81 81

82 Προϋποθέσεις και πεδίο εφαρµογής: Απαραίτητες προϋποθέσεις και πεδίο εφαρµογής της µεθόδου αυτής είναι : Μετάλλευµα µέτριας ως υψηλής µηχανικής αντοχής. Περιβάλλον πέτρωµα υψηλής µηχανικής αντοχής. Μέτρια ως υψηλή κλίση κοιτάσµατος. Η µεγαλύτερη διάσταση των κοιτασµάτων να είναι κατά την κατακόρυφο. Οµαλά γεωµετρικά χαρακτηριστικά του κοιτάσµατος. Κατά την εφαρµογή της µεθόδου αυτής, όπως και στην περίπτωση των Θαλάµων και Στύλων, µετά την εξόρυξη του µεταλλεύµατος οι κενοί χώροι παραµένουν ανυποστήρικτοι. Κατά αυτήν την µέθοδο τα µέτωπα είναι µεγάλα µε την µεγαλύτερη διάσταση τους κατά την κατακόρυφο. Εργασίες προπαρασκευής: Αρχικά, εκκινώντας από φρέαρ, κεκλιµένο ή ράµπα Κ 1 ορύσσονται δύο κύριες διευθυντικές στοές ήτοι Άνω ιευθυντική Στοά (Α Σ) και Κάτω ιευθυντική Στοά (Κ Σ) που περιχαράσσουν τµήµατα - πατώµατα ύψους 50m 100 m (Σχ ). 82

83 (α) 83

84 (β) 84

85 (γ) 85

86 (δ)σχήµα : (α ): Τρισδιάστατη απεικόνιση, (β): Τοµή κατά την κλίση του κοιτάσµατος (γ): όρυξη κεκλιµένου και (δ): τοµή κατά την διεύθυνση κοιτάσµατος της διαδοχικών ορόφων µε κενά µέτωπα

87 Φάση Ι Ανω ιευθυντική Στοά (Α Σ) Α Ανω ιευθυντική Στοά (Α Σ) Εγκάρσιο Προσπέλασης ιατρήµατα Οροφή Στρώση Φρέαρ H = 100 m Κάτω ιευθυντική Στοά (K Σ) Εγκάρσιο Προσπέλασης Κάτω ιευθυντική Στοά (K Σ) Α' Τοµή Α - Α' 87

88 Φάση ΙΙ Ανω ιευθυντική Στοά (Α Σ) Α Ανω ιευθυντική Στοά (Α Σ) Εγκάρσιο Προσπέλασης H = 100 m Οροφή Κάτω ιευθυντική Στοά (K Σ) Εγκάρσιο Προσπέλασης Στρώση Φρέαρ Κάτω ιευθυντική Στοά (K Σ) Α' Ανιούσα πιλοτική διάτρηση ακολουθούµενη από κατιούσα διεύρυνση της διατοµής του κεκλιµένου (reaming) Τοµή Α - Α' 88

89 Φάση ΙΙΙ Ανω ιευθυντική Στοά (Α Σ) Α Εγκάρσιο Προσπέλασης Ανω ιευθυντική Στοά (Α Σ) Κ1 Κ2 Οροφή Στρώση Κ1,2 Φρέαρ Κάτω ιευθυντική Στοά (K Σ) Στοά Υποσκαφής (ΣΥ) Α' Κάτω ιευθυντική Στοά (K Σ) ΣΥ Εγκάρσιο Προσπέλασης Τοµή Α - Α' 89

90 Φάση ΙV Ανω ιευθυντική Στοά (Α Σ) Α Κ1 Κ2 Ανω ιευθυντική Στοά (Α Σ) Οροφή Εγκάρσιο Προσπέλασης Κεκλιµένο Στρώση Φρέαρ Κάτω ιευθυντική Στοά (K Σ) Εγκάρσιο Προσπέλασης Κάτω ιευθυντική Στοά (K Σ) Α' Τοµή Α - Α' 90

91 Στην συνέχεια ορύσσεται κεκλιµένο Κ2 που διατρήεται είτε κατά ανιούσα είτε κατά κατιούσα φορά (Σχ γ) που συνδέει τις διευθυντικές στοές και χρησιµεύει για την δηµιουργία αρχικής ελεύθερης επιφάνειας. Κατόπιν δηµιουργείται στοά µεταφοράς (ΣΜ) ή Κάτω ιευθυντική Στοά (Κ Σ) παράλληλα µε την κύρια στοά του πατώµατος και χαµηλότερα από το χαµηλότερο σηµείο του πατώµατος που πρόκειται να εξορυχθεί. Η ΣΜ µπορεί να βρίσκεται έξω από το κοίτασµα (στην οροφή ή το δάπεδο ανάλογα µε τις µηχανικές ιδιότητες των όπως φαίνεται στο Σχ ). Το επόµενο στάδιο προπαρασκευής είναι η όρυξη στοάς υποσκαφής στο κατώτατο επίπεδο του ορόφου και πάνω από την Κ..Σ και εν συνέχεια η όρυξη χοάνων συγκέντρωσης (drawpoints) και µεταφοράς του µεταλλεύµατος στην Κ..Σ µε τέτοια κατανοµή ώστε να εξασφαλίζεται η ολοσχερής απόληψη του εξορυσσόµενου µεταλλεύµατος. Α Υλικό Χοάνες Στοά υποσκαφής Α' Eπίπεδο Εσχάρας (Grizzly level) (α)

92 Υλικό Εσχάρα Στοά Μεταφοράς Στοά θραύσης µεγάλων τεµαχίων πετρώµατος (β): Τοµή ΑΑ Σχ α, β, γ: Κατακόρυφη τοµή κατά την διεύθυνση του κοιτάσµατος και λεπτοµέρειες για τον τρόπο µεταφοράς µε βοήθεια επιπέδου εσχάρας (Grizzly level). (γ) 92

93 Το υλικό ρέει υπό γωνία πρανούς στη στοά Grizzly όπου κινείται αποξεστήρας ή µικρός φορτωτής. Τα µεγάλα τεµάχια πετρώµατος που δεν περνούν από την εσχάρα θραύονται επιτόπου µε εκρηκτικές ύλες (δευτερογενής θραύση). Το υλικό µε την βοήθεια του αποξεστήρα ή του φορτίου προωθείται προς την κύρια στοά µεταφοράς (Σχ ). Εξόρυξη: Η εξόρυξη αρχίζει από τον κατώτερο όροφο και επεκτείνεται διαδοχικά προς τους υπερκείµενους ορόφους, κατά τέτοιο τρόπο ώστε τα σηµεία προσβολής να βρίσκονται πάνω στη γραµµή ΓΓ (Σχ γ). Η προσπέλαση προς τα µέτωπα γίνεται µέσω των κεκλιµένων Κ1 και Κ2. Τα κεκλιµένα αυτά προστατεύονται από στύλους, των οποίων η απόληψη µπορεί να γίνει µετά το τέλος της εκµετάλλευσης του τµήµατος. Για την εφαρµογή της µεθόδου των διαδοχικών ορόφων όταν το πάχος του κοιτάσµατος φθάνει τα 10 m, ο κάθε όροφος εξορύσσεται µε χρήση ακτινικά τοποθετηµένων διατρηµάτων γύρω από τη διευθυντική στοά, η οποία τοποθετείται στο µέσο του κοιτάσµατος (Σχ α, β). Όταν το πάχος του κοιτάσµατος είναι µικρό τότε οι διευθυντικές στοές των ορόφων τοποθετούνται στο άκρο του ορόφου και εξορύσσονται κατά το ήµισυ µε ανιόντα διατρήµατα και κατά το έτερον µε κατιόντα. Οι εργαζόµενοι βρίσκονται στο άκρο των στοών (οι στοές που διαχωρίζουν τους ορόφους), και ορύσσουν τα κατάλληλα διατρήµατα προς τους κάτω και πάνω ορόφους. Χρησιµοποιούνται ελαφρές αερόσφυρες και εφαρµόζεται η διάταξη που φαίνεται στο Σχ Σχ : Όρυξη διατρηµάτων στην περίπτωση που οι διευθυντικές στοές των ορόφων τοποθετούνται στο άκρο του κοιτάσµατος. 93

94 Σε µικρού πάχους κοιτάσµατα η στοά µπορεί να διαπλατυνθεί και να πάρει τη µορφή θαλάµου Σχ ιευρυµένες στο πάχος του κοιτάσµατος διευθυντικές στοές χωρισµού ορόφων ιευρυµένη στοά υποσκαφής (α) Χοάνες (β) Σχ : Κατακόρυφη τοµή κατά την κλίση και τη διεύθυνση της µεθόδου των διαδοχικών ορόφων σε µικρού πάχους κοιτάσµατα για περίπτωση που η διευθυντική στοά του ορόφου καλύπτει όλο το πάχος του κοιτάσµατος. Όταν το πάχος του κοιτάσµατος είναι σηµαντικό (> 5 m) τότε από τις στοές γίνεται η όρυξη βοηθητικών εγκαρσίων στοών Ε, οι οποίες ενώνουν τις δύο παρυφές 94

95 του κοιτάσµατος. Η όρυξη διατρηµάτων από αυτές τις στοές φαίνεται στα Σχ α,β. (α) (β) Σχήµα : (α,β) Ορυξη διατρηµάτων, χρησιµοποιώντας εγκάρσιες στοές (Κατακόρυφη τοµή κατά την κλίση και τη διεύθυνση του κοιτάσµατος). 95

96 Σχήµα : (γ,δ) Απόψη των χοανών αποκοµιδής του µεταλλεύµατος. 96

97 Η χρήση jumbo µε ικανότητα διάτρησης µεγάλου µήκους διατρηµάτων (σφύρα DTH) έως m, το οποίο επιτρέπει την όρυξη διατρηµάτων µεγάλου µήκους, κατέστησε δυνατή τη σηµαντική αύξηση του ύψους του ορόφου και την αντίστοιχη µείωση των έργων προπαρασκεύης (Σχ ). Σχ : Ορυξη περιµετρικών διατρηµάτων µε χρήση σφύρας DTH (60-80m µήκος). Για την περίπτωση εκµετάλλευσης κοιτάσµατος µεγάλου πάχους µπορεί να εφαρµοσθεί η µέθοδος, γενική άποψη της οποίας παρουσιάζεται στο Σχ

98 (α) (β) (γ) Σχήµα : (α): Τοµή κατά την διεύθυνση (β): κατά την κλίση και (γ): τρισδιάστατη άποψη για περίπτωση κοιτάσµατος µεγάλου πάχους και µεγάλης κλίσης. Κάθε υποπάτωµα περιλαµβάνει δύο κύριες στοές από τις οποίες ορύσσονται µεγάλου µήκους διατρήµατα µε τη χρήση ενδοδιατρηµατικής αερόσφυρας (DTH, Down The Hole), ή αδαµαντογεωτρυπάνου. 98

99 (a) (β) Σχήµα : (α) Τρισδιάστατη άποψη κοιτάσµατος µεγάλου πάχους και κλίσης. Στο σχήµα φαίνονται οι λεπτοµέρειες εξόρυξης και µεταφοράς, (β) λειτουργία φορτωτού υπογείων. 99

100 ιατρήµατα ιευρυµένη στοά υποσκαφής Σχήµα : Τοµή κατά την κλίση κοιτάσµατος µεγάλου πάχους και κλίσης όπου φαίνεται η διάταξη των διατρηµάτων. Η ανάπτυξη κοιτάσµατος µεγάλου πάχους και κλίσης µέσα στα όρια ενός πατώµατος γίνεται µε ορόφους που βρίσκονται σε προκαθορισµένα υψόµετρα. Σε κάθε όροφο ορύσσονται διευθυντικές στοές σε όλο το πλάτος του τµήµατος από τις οποίες εν συνεχεία ορύσσονται περιµετρικά διατρήµατα (Ring Drilling) (Σχ , 10, 11) ή κατακόρυφα διατρήµατα µε κατάλληλη διάταξη ώστε να καλύπτουν όλο το µετάλλευµα µεταξύ των υποπατωµάτων (Σχ , 8). Αλλοτε δηµιουργούνται βαθµίδες σε κάθε όροφο του πατώµατος όπως φαίνεται στο Σχ

101 Επίπεδο µεταφοράς Κεκλιµένο Όροφος µεταλλεύµατος Υποόροφος Α µεταλλεύµατος Υποόροφος Β µεταλλεύµατος Στοά καθορισµού υποορόφου 2 Χ 2 m Στοά καθορισµού υποορόφου Στύλος µεταλλεύµατος Υποόροφος Γ µεταλλεύµατος Στοά καθορισµού υποορόφου Βαθµίδες (α) Grizzly (β) Επίπεδο µεταφοράς (γ) Σχήµα α, β, γ: Τοµή (α): κατά την διεύθυνση, (β): την κλίση και (γ): τρισδιάστατη άποψη κοιτάσµατος εξορυσσόµενου µε την µέθοδο των διαδοχικών ορόφων. Περίπτωση εξόρυξης κάθε υποπατώµατος µε σύστηµα ορθών βαθµίδων. Οπως προαναφέρθηκε, για την αντιµετώπιση των χονδροµερών ογκοτεµαχίων µεταλλεύµατος, που παράγονται συχνά όταν έχουµε µεγάλου µήκους διατρήµατα και κακό σχεδιασµό ανατίναξης, είναι απαραίτητη η εγκατάσταση διαχωριστικής εσχάρας, για την προφύλαξη και εξασφάλιση καλής λειτουργίας των φρεάτων απαγωγής (λούκια). Κατά κανόνα τα φρέατα απαγωγής χρησιµοποιούνται και για την 101

102 προσωρινή αποθήκευση του µεταλλεύµατος, οπότε, µε κατάλληλη διαρύθµιση στο κάτω µέρος αυτών, επιτυγχάνεται αυτόµατη φόρτωση στα βαγόνια ή φορτηγά µεταφοράς. Αλλοτε τα φρέατα αφήνονται ανοικτά και το µετάλλευµα πέφτει κατ ευθείαν µέσα στη στοά βάσης, από όπου παραλλαµβάνεται και φορτώνεται µε µηχανικούς φορτωτές ή αποξεστήρες οπότε αποφεύγεται η εγκατάσταση σχάρας. Μετά την ανατίναξη κάθε κύκλου διατρηµάτων το µέτωπο υποχωρεί και το µετάλλευµα απολαµβάνεται από το κατώτατο σηµείο του πατώµατος, στις χοάνες απόληψης. Κατά την εξέλιξη των έργων εκµετάλλευσης αφήνονται στύλοι ασφαλείας µεταξύ των υποπατωµάτων µε σκοπό τον έλεγχο των τάσεων που κατανέµονται στα τοιχώµατα των ανοιγµάτων (οροφής και στρώσης του κοιτάσµατος). Σε κοιτάσµατα µεγάλου πάχους µπορούν να ορυχθούν δύο διευθυντικές στοές ανά όροφο οι οποίες επικοινωνούν µε εγκάρσια. Παράδειγµα εφαρµογής αυτής της µεθόδου παρουσιάζεται στο Σχ (α) (β) Σχήµα : (α): Τοµή κατά τη διεύθυνση και (β): κατά την κλίση κοιτάσµατος µεγάλου πάχους (8 10 m) και µικρής κλίσης όπου ορύσσονται εγκάρσιες στοές για την διάτρηση στους ορόφους (Peele and Church, 1944). Φόρτωση - Αποκοµιδή του Μεταλλεύµατος: Η φόρτωση από τα σηµεία απόληψης γίνεται είτε µε δηζελοκίνητο εξοπλισµό ή µε µικρούς αυτοφορτωτές CAVO είτε µε αποξεστήρες (Slushers) που φoρτώνουν κατευθείαν το κύριο µεταφορικό µέσον (π.χ. σιδηροδροµικός συρµός ή φορτηγά αυτοκίνητα). 102

103 Πλεονεκτήµατα - Μειονεκτήµατα της µεθόδου: Τα κύρια πλεονεκτήµατα της µεθόδου είναι: υνατότητα µηχανοποίησης Μέθοδος µεγάλης παραγωγής µεταλλεύµατος Η εξόρυξη του µεταλλεύµατος γίνεται από διευθυντικές στοές µεταξύ 2 στοών ορόφου ενώ η φόρτωση διενεργείται στον πυθµένα του µετώπου Η διάτρηση διενεργείται µε τη χρήση µηχανηµάτων µε ακτινικά διατεταγµένες σφύρες ή/και δυνάµενων να διατρήσουν σε µεγάλα µήκη Η µέθοδος των διαδοχικών ορόφων έχει συγκριτικά µε άλλες µεθόδους υψηλό λόγο έργων αναπτύξεως προς έργα εξορύξεως (περίπου 1/5) αλλά αυτός µερικώς µειώνεται από το γεγονός ότι τα 2/3 των έργων αναπτύξεως µπορούν να γίνουν ταυτόχρονα µε την εξόρυξη και τη φόρτωση σε άλλους ορόφους ή πατώµατα Οι διάφορες φάσεις της διατρήσεως, γοµώσεως πυροδοτήσεως και φορτώσεως είναι σχεδόν ανεξάρτητες µεταξύ των Η αποληψιµότητα είναι σχετικά υψηλή (70 75%) και η αραίωση µικρή Μειονεκτήµατα: o Το σχήµα και το µέγεθος του κοιτάσµατος καθώς και η ευστάθεια των ανοιγµάτων στο πέτρωµα προσδιορίζουν τη γεωµετρία και τα µεγέθη των µετώπων (Εφαρµογή αριθµητικών µεθόδων, π.χ πεπερασµένα στοιχεία, πεπερασµένες διαφορές, διακριτά στοιχεία κ.α). o Η προχώρηση των µετώπων κατά την έννοια της διευθύνσεως ή της κλίσης του κοιτάσµατος εξαρτάται αποκλειστικά από το πάχος του κοιτάσµατος. o Ο αντικειµενικός σκοπός είναι η αύξηση του λόγου εξόρυξης µεταλλεύµατος προς τα έργα ανάπτυξης. o Πρέπει να βρεθεί µια βέλτιστη λύση µεταξύ της σχέσης των εργασιών ανάπτυξης και εξόρυξης ανάλογα µε την τοποθέτηση των στοών των ορόφων. Π.χ πολύ µεγάλη κατακόρυφη απόσταση µεταξύ των στοών των ορόφων µειώνει την αποδοτικότητα και αυξάνει το κόστος της διάτρησης µε µεγάλου µήκους διατρήµατα. Η αύξηση των σφαλµάτων διεύθυνσης των διατρηµάτων και της κάµψης της διατρητικής στήλης (επάγει σφάλµα περίπου 3 % του µήκους αυτής) έχει ως αποτέλεσµα την αύξηση της ειδικής διατρήσης και γόµωσης µε εκρηκτικές ύλες. 103

104 Ανακεφαλαίωση : Αντιµετώπιση κοιτασµάτων µεγάλου πάχους 1. ΟΡΥΞΗ ΠΑΡΑΛΛΗΛΩΝ ΙΑΤΡΗΜΑΤΩΝ HW 4-5 m FW Παρατηρώ όλο το πάχος του κοιτάσµατος και τα διατρήµατα είναι εντός των ορίων του κοιτάσµατος Βρίσκουµε ακριβώς την οροφή Βαρύτερος διατρητικός εξοπλισµος Υψηλό κόστος ιεύρυνση της στοάς του ορόφου σε θάλαµο 2. ΟΡΥΞΗ ΑΚΤΙΝΙΚΩΝ ΙΑΤΡΗΜΑΤΩΝ HW FW Πρέπει να µην πληγωθεί η οροφή (HW) από την πυροδότηση των διατρηµάτων (προειδοποιεί το χρώµα του κονιορτού και ο θόρυβος του διατρητικού φορείου) Ιδια διάµετρος διατρηµάτων, αλλά µε διαφορετικό µήκος και κλίση 104

105 3. ΗΜΙΟΥΡΓΙΑ ΕΓΚΑΡΣΙΩΝ ΣΤΟΩΝ ΚΑΙ ΟΡΥΞΗ ΙΑΤΡΗΜΑΤΩΝ ΟΡΟΦΗ ΑΠΕ Ο A A' ΕΓΚΑΡΣΙΟ ΟΡΟΦΗ ΑΠΕ Ο ΤΟΜΗ ΑΑ' ΙΑΤΡΗΜΑΤΑ ΚΑΤΑ ΤΗΝ ΚΛΙΣΗ ΙΑΤΡΗΜΑΤΑ ΚΑΤΑ ΤΗΝ ΙΕΥΘΥΝΣΗ 4. ΗΜΙΟΥΡΓΙΑ ΖΕΥΓΟΥΣ ΣΤΟΩΝ ΟΡΟΦΟΥ ΚΑΙ ΕΓΚΑΡΣΙΩΝ ΣΤΟΩΝ ΟΡΟΦΗ ΑΠΕ Ο A A' ΕΓΚΑΡΣΙΟ ΟΡΟΦΗ ΑΠΕ Ο ΤΟΜΗ ΑΑ' ΙΑΤΡΗΜΑΤΑ ΚΑΤΑ ΤΗΝ ΚΛΙΣΗ ΙΑΤΡΗΜΑΤΑ ΚΑΤΑ ΤΗΝ ΙΕΥΘΥΝΣΗ 105

106 2.2.5 Μέθοδος Aνεστραµµένου Κρατήρα (VCR) Μετά την εισαγωγή διατρηµάτων µεγάλης διαµέτρου (π.χ. 170 mm) και µεγάλου µήκους (50 90 m) στις υπόγειες εκµεταλλεύσεις µε την βοήθεια ενδοδιατρηµατικών αεροσφυρών (Down the hole, DTH) και την ανάπτυξη ειδικών σφαιρικών γοµώσεων οι οποίες βασίζονται στη θεωρία κρατήρα του Livingston (1956) έγινε δυνατή η ανάπτυξη της µεθόδου του ανεστραµµένου κρατήρα Τυπική άποψη της µεθόδου αυτής φαίνεται στο Σχ Κατά την εφαρµογή αυτής της µεθόδου ελαχιστοποιούνται τα έργα ανάπτυξης, ελαχιστοποιείται η αραίωση του µεταλλεύµατος και βελτιώνεται η συµπεριφορά των παρυφών του κοιτάσµατος. Σχετικό παράδειγµα εφαρµογής της µεθόδου είναι στο κοίτασµα χαλκού του Ελ Σολάδο, στην Χιλή, όπου εφαρµόστηκαν δύο παρεµφερείς µέθοδοι: η µέθοδος Κρατήρα (VCR, Vertical Crater Retreat) και η µέθοδος ιατρηµάτων Μεγάλης ιαµέτρου (LBH, Large Blast Hole). Σχ : Χαρακτηριστική τρισδιάστατη άποψη της µεθόδου VCR. 106

107 Προϋποθέσεις και πεδίο εφαρµογής: Απαραίτητες προϋποθέσεις και πεδίο εφαρµογής της µεθόδου αυτής είναι : Μετάλλευµα υψηλής µηχανικής αντοχής (RMR > 50). Περιβάλλον πέτρωµα υψηλής εώς µέσης µηχανικής αντοχής (RMR > 50). Υψηλή κλίση κοιτάσµατος. Η µεγαλύτερη διάσταση των κοιτασµάτων να είναι κατά την κατακόρυφο έννοια. Οµαλά γεωµετρικά χαρακτηριστικά του κοιτάσµατος. Εργασίες προπαρασκευής: Ορύσσονται δύο διευθυντικές στοές KΣΠ και ΑΣΠ (Σχ ), εκ των οποίων η κατώτερη (ΚΣΠ) λειτουργεί ως στοά αποκοµιδής του µεταλλεύµατος. Η ανώτερη στοά (ΑΣΠ) λειτουργεί ως βάση για την όρυξη των διατρηµάτων και αναπτύσεται σε όλο το πλάτος του κοιτάσµατος. Κατόπιν περιχαράσσεται το τµήµα του κοίτασµατος που θα υποστεί εκµετάλλευση µε την όρυξη ενός ή σπανιώτερα δύο κεκλιµένων (Κ1, Κ2) και διευθυντική στοά υποσκαφής που συνδέεται µε την ΚΣΠ µε την βοήθεια συστήµατος χοανών. Α ΑΣΠ ιατρήµατα Μέτωπο εξόρυξης Κ1 Γ Β Α Κ2 Υποσκαφή ΚΣΠ Ε1 Ε2 Χοάνη Α Στύλος προστασίας (α) 107

108 ΑΣΠ Υποσκαφή ΚΣΠ Ε2 (β) Σχ α, β: Εγκάρσιες τοµές (α): κατά τη διεύθυνση και (β): κατά την κλίση του κοιτάσµατος της µεθόδου VCR. Έργα ανάπτυξης: Εφόσον έχουν διανοιχθεί οι δύο κύριες στοές, από την ανώτερη στοά ορύσσονται διατρήµατα µεγάλης διαµέτρου προς τα κάτω, στα οποία τοποθετούνται σταδιακά, σε προκαθορισµένο ύψος από τον πυθµένα του διατρήµατος, σφαιρικές γοµώσεις διαµέτρου µεγαλύτερης των 100 mm. Πάντα πρέπει να λαµβάνεται υπόψη η ποσότητα των των εκρηκτικών υλών που θα φέρει κάθε διάτρηµα καθώς και η απόσταση µεταξύ των διατρηµάτων για την αποφυγή επιδράσεων στις υπόλοιπες µεταλλευτικές εργασίες (Σχ ). Εξόρυξη: Η εκτόνωση του εκρηκτικού υποβοηθούµενη από την βαρύτητα έχει σαν αποτέλεσµα την θραύση ενός προκαθορισµένου τµήµατος υλικού και έτσι η εξόρυξη γίνεται σε λωρίδες από την διευθυντική στοά βάσης προς την ανώτερη κύρια διευθυντική στοά. Γενικά, συνηθίζεται η ανάπτυξη περιµετρικών διατρηµάτων από την στοά υποσκαφής των οποίων γίνεται πρώτη η έναυση µε σκοπό την δηµιουργία κενού για καλύτερη θραύση του µεταλλεύµατος κατά την µεταγενέστερη πυροδότηση των "κύριων " διατρηµάτων. Η µέθοδος βασίζεται σε ανατινάξεις τύπου κρατήρα (Σχ ) (crater blasting). Τα µεγάλου µήκους (30 50 m) παράλληλα διατρήµατα (µε την βοήθεια ενδοδιατρηµατικών υδραυλικών σφυρών, Down the Hole DTH) γοµώνονται µε περίπου σφαιρική γόµωση εκ διαρρηκτικής εκρηκτικής ύλης. Η γόµωση διενεργείται 108

109 απ το κολλάρο ( άπεδο Ανω Στοάς Πατώµατος) αφού προηγουµένως βουλωθούν τα κάτω άκρα των διατρηµάτων (αυτά δηλαδή που ξετρυπάνε στην κάτω τοµή ή υποσκαφή). H γεωµετρία των γοµώσεων είναι 6:1 (µήκος:διάµετρο) έτσι ώστε να προσοµοιώνεται σφαιρική γόµωση. Ως γνωστόν η σφαιρική γόµωση των διατρηµάτων υπερτερεί της κατανεµηµένης γόµωσης ως προς την ποιότητα του θρυµµατισµού και της ειδικής κατανάλωσης εκρηκτικών υλών. Σχ

110 Φόρτωση - Αποκοµιδή του Μεταλλεύµατος: H φόρτωση και αποκοµιδή του µεταλλεύµατος γίνεται από την κατώτερη στοά (ΚΣΠ) µε LHD, όπου µέσω συστήµατος εγκαρσίων στοών µεταφέρεται προς το κεκλιµένο που συνδέει τις δύο κύριες στοές και από εκεί στην κύρια στοά µεταφοράς. Πλεονεκτήµατα - Μειονεκτήµατα της µεθόδου: Τα πλεονεκτήµατα της µεθόδου είναι (Ιnstituto de Ingenieros de Minas de Chile) : Καλή θραύση, που αυξάνει την παραγωγικότητα και ελαχιστοποιεί την ανάγκη για δευτερογενή θραύση του µεταλλεύµατος. Ελαχιστοποίηση των πιθανών φθορών των παρυφών του κοιτάσµατος. Ελαχιστοποίηση της αραίωσης του µεταλλεύµατος. Μεγιστοποίηση της ευστάθειας των παρυφών του κοιτάσµατος. Τα µειονεκτήµατα της µεθόδου είναι : o Χαµηλότερος δείκτης διάτρησης, δηλαδή τόννοι εξορυσσόµενου µεταλλεύµατος ανά µέτρο διάτρησης (t/m). o Μεγαλύτερη κατανάλωση εκρηκτικών. o Μικρότερη παραγωγικότητα κατά την διαδικασία γόµωσης των διατρηµάτων.μη σωστή τοποθέτηση των διατρηµάτων στους σωστούς στόχους και µε την επιθυµητή διεύθυνση και κλίση. Αντιµετωπίζεται µε ειδικά όργανα που τοποθετούνται επί της µπούµπας της σφύρας ή µε laser. o Παρέκκλιση των διατρηµάτων µεγάλου µήκους λόγω κάµψεως της διατρητικής στήλης. Η παρέκκλιση των διατρηµάτων δηµιουργεί προβλήµατα µε επαρκούς θραύσεως µεταξύ των διατρηµάτων, τα οποία χρειάζονται δευτερογενή θραύση. Οι σφύρες DTH σε αντίθεση µε τις Tophammer αµβλύνουν αυτό το φαινόµενο. Μπορούν να χρησιµοποιηθούν επίσης ειδικά στελέχη µε πτερύγια στο κάτω τµήµα της διατρητικής στήλης που χρησιµεύουν ως οδηγοί. Σ αυτή την περίπτωση η παρέκκλιση των διατρηµάτων από 3% µπορεί να µειωθεί στο 1%. Μια Παραλλαγή της µεθόδου είναι η µέθοδος VCR µε λιθογόµωση των εξορυσσόµενων µετώπων. Πρόκειται για την ίδια µέθοδο του Σχ µε τη διαφορά ότι τα εξορυσσόµενα µέτωπα λιθογοµώνονται. Χαρακτηριστική τρισδιάστατη άποψη της µεθόδου φαίνεται στα Σχ α, β. 110

111 Σχ : Τρισδιάστατη άποψη της µεθόδου VCR µε λιθογόµωση των εξορυσσόµενων µετώπων. Μέθοδος διατρηµάτων Μεγάλης ιαµέτρου (LBH) Μιά παραλλαγή της µεθόδου VCR είναι η LBH τυπική άποψη της οποίας φαίνεται στο Σχ Ο τρόπος ανάπτυξης των εργασίων και η φόρτωση είναι ίδια και στις δύο περιπτώσεις. Η διαφορά τους έγκειται κυρίως στην όρυξη κεκλιµένου C είτε από την κάτω διευθυντική στοά είτε από την πάνω διευθυντική στοά επί της µίας εκ των παρυφών για την δηµιουργία επιπλέον ελεύθερης επιφάνειας, στην διάµετρο και την πυκνότητα των διατρηµάτων και στο ότι κατά την LHB χρησιµοποιούνται δύο όροφοι. Ο κάτω όφοφος χρησιµοποιείται γαι την υποσκαφή καθώς επίσης και για την φόρτωση και τη µεταφορά του µεταλλεύµατος. Ο πάνω όροφος χρησιµοποιείται για την διάτρηση των διατρηµάτων µεγάλης διαµέτρου και µεγάλου µήκους όπως φαίνεται στο Σχ Το κύριο πρόβληµα και σε αυτήν την µέθοδο είναι ο έλεγχος του πετρώµατος που προκαλείται από την ανατίναξη, ώστε να µην υπάρξει επίδραση στις υπόλοιπες εργασίες. Γενικά, η LBH παρουσιάζει καλύτερο δείκτη διάτρησης 111

112 (τόννοι εξορυσοµ. προιόντος προς µέτρα διάτρησης) και µικρότερη κατανάλωση σε εκρηκτική ύλη από την VCR, όµως έχει και περισσότερους περιορισµούς, λόγω ελέγχου των ανατινάξεων από την VCR. Α C ιατρήµατα παραγωγής Β Υποσκαφή ιατρήµατα για όρυξη στοάς υποσκαφής (α) Α ιατρήµατα παραγωγής Υποσκαφή ιατρήµατα για όρυξη στοάς υποσκαφής (β) Σχ α, β, γ: Μέθοδος LBH, α: Κατακόρυφη τοµή κατά την διεύθυνση του κοιτάσµατο β: Κατακόρυφη τοµή κατά την κλίση του κοιτάσµατος. 112

113 Σχ : Τρισδιάστατη άποψη της µεθόδου LBH για κοίτασµα µέτριου πάχους VCR για περίπτωση στρωµατοειδών κοιτασµάτων µεγάλου πάχους και µικρής κλίσης Οροφή Θ m Κ1 Θ1 Θ2 Κ2 Ε Θ2 Στρώση Σχ : Κατακόρυφη τοµή κατά την διεύθυνση της µεθόδου VCR για κοιτάσµατα µεγάλου πάχους. 113

114 Στο Σχ παρουσιάζεται παραλλαγή της µεθόδου VCR σε περίπτωση στρωµατοειδούς κοιτάσµατος µεγάλου πάχους και µικρής κλίσης όπου αφήνουµε στύλους για την υποστήριξη της οροφής. Σύµφωνα µε αυτήν την µέθοδο ελικοειδές κεκλιµένο προσεγγίζει το κοίτασµα κάθε 100 m 200 m και ορύσσεται θάλαµοςστοά ακριβώς στα όρια της οροφής (τυφλός Θ1). Ακριβώς κάτω από αυτόν και στην επαφή µε τη στρώση του κοιτάσµατος διαµορφώνεται θάλαµος Θ2 και εγκάρσιο Ε που χρησιµεύει ως στοά φόρτωσης και µεταφοράς. Τα κεκλιµένα Κ1, Κ2 ορύσσονται ανά 120 m κατά την έννοια της διεύθυνσης του κοιτάσµατος. 2.3 Μέθοδοι εκµετάλλευσης µε λιθογοµούµενα µέτωπα Όσο πιο µεγάλη είναι η περιεκτικότητα σε χρήσιµο ορυκτό ενός κοιτάσµατος τόσο λιγότερο επιθυµητές είναι οι µέθοδοι που οδηγούν σε απώλεια µεταλλεύµατος (λ.χ µε την µορφή στύλων). Σε αυτές τις περιπτώσεις οδηγούµεθα στην εφαρµογή «επιλεκτικών µεθόδων» οι οποίες επιτυγχάνουν υψηλή απόληψη µεταλλεύµατος µε ελάχιστη αραίωση, οι οποίες έχουν όµως µεγαλύτερο κόστος από τις µεθόδους µε κενά µέτωπα. Εκτός από την µέθοδο του συµπτυσσόµενου µετώπου όπου η γόµωση είναι προσωρινού χαρακτήρα, στις άλλες µεθόδους η γόµωση είναι µόνιµη και εκτελείται ως ξεχωριστή φάση κατά την οποία στείρο υλικό προσκοµίζεται και εναποτίθεται για συµπλήρωση του κενού όπισθεν του ελεύθερου χώρου του µετώπου. Λόγω της ανεξάρτητης φάσης της λιθογόµωσης οι µέθοδοι µε γοµούµενα µέτωπα χαρακτηρίζονται από υψηλό κόστος παραγωγής. Συνεπώς η εφαρµογή τους περιορίζεται σε περιπτώσεις πλουσίων µεταλλευµάτων όπου δεν είναι αποδεκτές οι απώλειες µεταλλεύµατος, και σε περιπτώσεις που είναι ανεπιθύµητη η καθίζηση (subsidence) της επιφάνειας εξαιτίας των υπόγειων έργων. Παρατήρηση 1 η : Όταν τα πετρώµατα χαρακτηρίζονται από χαµηλές τιµές αντοχής, τότε οι διαστάσεις των επιτρεποµένων εκσκαφών είναι υποχρεωτικώς περιορισµένες και η λιθογόµωση επιβάλλεται να διενεργείται αµέσως µετά την εξόρυξη, εποµένως το κόστος επηρεάζεται σηµαντικά. Στην αντίθετη περίπτωση όταν οι αντοχές των περιβαλλόντων πετρωµάτων και του µεταλλεύµατος επιτρέπει την διατήρηση κενών χώρων µεγάλων σχετικώς διαστάσεων µπορούν να γίνουν διάφοροι συνδυασµοί για µείωση του συνολικού κόστους. Όταν δε παράγεται σηµαντική ποσότητα στείρου κατά την εξόρυξη των υπόγειων έργων προπαρασκευής το οποίο µπορεί να χρησιµοποιειθεί ως λιθογόµωση η τιµή του κόστους µειώνεται περαιτέρω. 114

115 Παρατήρηση 2 η : Η µεταφορά των στείρων που θα χρησιµοποιηθούν για την λιθογόµωση των κενών χώρων γίνεται σχεδόν πάντα από την άνω στοά προσπέλασης. Προκειµένου για γρήγορη και εκτεταµένη λιθογόµωση, η µεταφορά και εναπόθεση γίνεται υδραυλικά ή µε την βοήθεια πεπιεσµένου αέρα. Υλικό λιθογόµωσης: Απόβλητα εργοστασίου εµπλουτισµού (tailings + slags). Το µειονέκτηµά τους είναι το κόστος και το ρίσκο που σχετίζεται µε τη µεταφορά (υδραυλική) του υλικού. Μπάζα που προκύπτουν από τα έργα ανάπτυξης και προπαρασκευής (στείρο πέτρωµα). Τσιµεντοπολφοί Πλεονεκτήµατα: Επιτυγχάνουν µικρή αραίωση και µεγάλη απόληψη Παρέχουν τη δυνατότητα εκλεκτικής εξόρυξης σε στενά κοιτάσµατα ή κοιτάσµατα µε ανώµαλες παρυφές Σταθεροποιούν µε τη λιθογόµωση τις υπόγειες εκσκαφές και µειώνουν στο ελάχιστο τις επιδράσεις της υπόγειας εκµετάλλευσης στην επιφάνεια (π.χ καθιζήσεις) Μπορούν να εφαρµοσθούν σε ποικοιλία συνθηκών όσον αφορά στη συµπεριφορά των πετρωµάτων Μπορούν να χρησιµοποιηθούν τα απορρίµµατα του εργοστασίου εµπλουτισµού (tailings) σαν υλικό λιθογόµωσης ελλαττώνοντας το κόστος λιθογόµωσης και µειώνοντας το χώρο που απαιτείται για την απόθεση των απορριµµάτων Εξασφαλίζουν καλές συνθήκες αερισµού λόγω των µικρών σχετικά διαστάσεων των µετώπων Η παραγωγή µεταλλεύµατος αρχίζει σε σύντοµο χρονικό διάστηµα επηρεάζοντας θετικά το οικονοµικό αποτέλεσµα της εκµετάλλευσης Μειονεκτήµατα: Το υψηλό σχετικά κόστος εκµετάλλευσης λόγω ανάγκης λιθογόµωσης 115

116 Η παραγωγή από τα µέτωπα δεν είναι συνεχής γιατί προκαλείται διακοπή της για την λιθογόµωση. Με την εφαρµογή υδραυλικής λιθογόµωσης οι διακοπές αυτές είναι σχετικά µικρές Η ανάγκη χρησιµοποίησης ειδικευµένου προσωπικού Μέθοδος του Συµπτυσσοµένου Μετώπου Σχήµα : Τρισδιάστατη άποψη του στερεού µοντέλου που παρουσιάζει την µέθοδο του συµπτυσσόµενου µετώπου. 116

117 Προϋποθέσεις και πεδίο εφαρµογής: Οι προϋποθέσεις εφαρµογής αυτής της µεθόδου είναι (Μούσουλος, 1961, Hamrin, 1982) : H κλίση του κοιτάσµατος πρέπει να είναι υψηλή (δηλαδή η κλίση της στρώσης να υπερβαίνει τη γωνία φυσικού πρανούς του υλικού). Η ελάχιστη κλίση του κοιτάσµατος είναι 50 ο. Το πάχος του κοιτάσµατος να κυµαίνεται από 0.8 m εώς 10 m, το µέγιστο 15 m σε εξαιρετικές περιπτώσεις. Η οροφή και η στρώση του κοιτάσµατος να έχουν σχετικά καλή µηχανική συµπεριφορά. Η οροφή και κυρίως η στρώση να είναι όσο το δυνατόν ποιο οµαλές, διότι οποιαδήποτε γεωµετρική ανωµαλία της στρώσης δυσχεραίνει την ροή του θραυσµένου µεταλλεύµατος. Σαφής διαχωρισµός µεταξύ µεταλλεύµατος και παρυφών, για ελαχιστοποίηση της αραίωσης του µεταλλεύµατος µε στείρο πέτρωµα. Μέτρια έως υψηλή µηχανική αντοχή του µεταλλεύµατος. Οµοιογενής, όσο το δυνατόν, µεταλλοφορία, διότι δεν είναι δυνατός ο διαχωρισµός στείρων εγκλεισµάτων από το µετάλλευµα στο µέτωπο εργασίας. Tο µετάλλευµα να µην υπόκειται σε συσσωµάτωση, όταν ασκείται σε αυτό πίεση, για να αποφεύγονται προβλήµατα στην αποκοµιδή του από τις χοάνες. Το µετάλλευµα να ανθίσταται στην οξείδωση, λόγω του υψηλού χρόνου παραµονής του στο µέτωπο εργασίας. Το µετάλλευµα να µην υπόκειται σε αυτανάφλεξη λόγω του αυξηµένου χρόνου παραµονής του στο µέτωπο εργασίας. Αρχή της µεθόδου: Σ αυτήν την µέθοδο (Shrinkage method), η εξόρυξη γίνεται εντός συµπτυσσόµενου µετώπου, του οποίου οι διαστάσεις εξαρτώνται από τις µηχανικές αντοχές του µεταλλεύµατος και των παρυφών. Το κοίτασµα εξορύσσεται κατά οριζόντιες φέτες από το χαµηλώτερο σηµείο του υπό εκµετάλλευση τµήµατος προς τους ανώτερους ορίζοντες (Σχ ). 117

118 Σχήµα : Κατακόρυφη τοµή κατά την διεύθυνση του κοιτάσµατος, στη µέθοδο του συµπτυσσοµένου µετώπου. Τµήµα του ανατιναχθέντος µεταλλεύµατος αφήνεται στο µέτωπο όπου χρησιµεύει ως δάπεδο εργασίας και ως υποστήριξη των παρυφών του µετώπου. Η ανατίναξη του συµπαγούς µεταλλεύµατος αυξάνει τον όγκο του κατά 70% (επίπλησµα), συνεπώς 40% της ποσότητας του µεταλλεύµατος πρέπει να τραβιέται από τις χοάνες, κατά την διάρκεια της εξορύξεως ώστε να υφίσταται κατάλληλο ύψος εργασίας (περίπου 2 m). Οταν το µέτωπο φθάσει το ανώτατο όριο του τότε σταµατά η εκµετάλλευση και το υπόλοιπο 60% του µεταλλεύµατος απολαµβάνεται µέσω των χοανών. Χαρακτηριστικό παράδειγµα αυτής της µεθόδου ήταν η εκµετάλλευση βαρύτου στην Μύκονο όπως και η εκµετάλλευση του κοιτάσµατος Μαγγανίου, πυρολουσιτικού τύπου στο 25ο Χιλιόµετρο ράµας-νευροκοπίου. Εργα προπαρασκευής: Αρχικά, ορύσσονται δύο διευθυντικές στοές Α Σ και Κ Σ που ορίζουν πατώµατα, µε ύψος συνήθως περί τα 30 m, όπου η κατώτερη διευθυντική στοά λειτουργεί και ως στοά υποσκαφής. Στην συνέχεια, ορύσσεται στοά µεταφοράς 118

119 παράλληλα µε την κύρια στοά του πατώµατος, µε την οποία συνδέεται µέσω εγκαρσίων, και χαµηλότερα από το χαµηλότερο σηµείο του κοιτάσµατος που πρόκειται να εξορυχθεί, καθώς ορύσσονται και σε σταθερές αποστάσεις χοάνες αποκοµιδής του µεταλλεύµατος (drawpoints). Τέλος, γίνεται η όρυξη κεκλιµένων Β που συνδέουν τα υποπατώµατα µεταξύ τους (Σχ ). Έργα ανάπτυξης: Κατά κανόνα, σε κάθε τµήµα στο οποίο χωρίζεται το πάτωµα της εκµετάλλευσης, η εκµετάλλευση λαµβάνει χώρα από κάτω προς τα πάνω. Για να επιτευχθεί αυτό πραγµατοποιούνται διάφορα συστήµατα διάτρησης όπως φαίνεται στο Σχ Η διάταξη α, προτιµάται όταν υπάρχει υψηλής αντοχής µετάλλευµα και τα διατρήµατα ορύσσονται µε ελαφρές διατρητικές σφύρες ανιούσας διάτρησης. Η διάταξη β, όταν το µετάλλευµα είναι χαµηλής αντοχής και τα διατρήµατα ορύσσονται ακτινωτά από φρέαρ ορυγµένο εντός του µεταλλεύµατος µε βαριές διατρητικές σφύρες. Η διάταξη γ, πραγµατοποιείται από διατρήµατα παράλληλα επί οριζοντίου επιπέδου, ορυσσόµενα µε την χρήση αδαµαντογεωτρυπάνων από φρέαρ παράλληλα ορυγµένο εκτός του κοιτάσµατος. ιατρήµατα Οροφή Θραυσµένο µετάλλευµα Στρώση Μετάλλευµα (α) 119

120 ιατρήµατα Οροφή Θραυσµένο µετάλλευµα Στρώση Μετάλλευµα (β) ιατρήµατα Οροφή Θραυσµένο µετάλλευµα Στρώση Μετάλλευµα (γ) Σχήµα (α), (β), (γ) : Μέθοδος συµπτυσσοµένου µετώπου. ιάφοροι τρόποι όρυξης διατρηµάτων. 120

121 Το θραυσµένο υλικό, στις σύγχρονες πρακτικές, διοχετεύεται µέσω της βαρύτητας στα εγκάρσια που συνδέουν τις χοάνες αποκοµιδής (Σχ ). Οροφή Στρώση Θραυσµένο µετάλλευµα Μετάλλευµα Σχ : Μέθοδος συµπτυσσοµένου µετώπου. ιαµόρφωση έργων αποκοµιδής και φόρτωσης του µεταλλεύµατος στη στοά µεταφοράς µέσω εγκαρσίων. Στις παλαιότερες εφαρµογές της µεθόδου, ορύσσετο φρέαρ απαγωγής εντός του µεταλλεύµατος που συνέδεε την στοά βάσης του µετώπου µε την στοά µεταφοράς, όπου διενεργείτο απευθείας φόρτωση και µεταφορά του µεταλλεύµατος. Αυτό είχε σαν αποτέλεσµα τµήµατα πετρώµατος που δεν είχαν θραυσθεί επαρκώς να δυσχεραίνουν την ροή και κατ επέκταση τη διαδικασία αποκοµιδής του µεταλλεύµατος. Για αυτόν ακριβώς το λόγο, συνήθως τοποθετούνταν µεταξύ της στοάς βάσεως και του φρέατος απαγωγής εσχάρα διαχωρισµού των µεγάλων τεµαχίων (Grizzly level) όπου θραύονταν δευτερογενώς τα µεγάλα τεµάχη και επέστρεφαν στο φρέαρ απαγωγής (Σχ ), αυξάνοντας το κόστος της µεθόδου. 121

122 Σχ : Σύστηµα αποκοµιδής µεταλλεύµατος. Εγκατάσταση Grizzly εσχάρας για τον θρυµατισµό χονδρών τεµαχίων.ε = χοάνη, Β = εσχάρα, Α = Στοά δευτερογενούς θραύσης, Γ = λούκι, = Στοά µεταφοράς. Φόρτωση - Αποκοµιδή του Μεταλλεύµατος: Όπως έχει προαναφερθεί, η µεταφορά πραγµατοποιείται είτε µε αυτοκινούµενο εξοπλισµό (LHD) είτε µε χρήση βαγονιών (Σχ ). Συνήθως ανεξαρτήτως του µέσου µεταφοράς που θα χρησιµοποιηθεί συνεπικουρείται από αποξεστήρα. Μετάλλευµα Θραυσµένο µετάλλευµα Στοά µεταφοράς Σχ : Μέθοδος συµπτυσσοµένου µετώπου για περίπτωση µικρού φακοειδούς κοιτάσµατος. 122

123 Στο Σχ παρουσιάζεται µια τυπική τοµή της µεθόδου κατά την κλίση κοιτάσµατος µικρού πάχους. Στην περίπτωση εκµετάλλευσης κοιτάσµατος µεγάλου πάχους η προοπτική εικόνα της µεθόδου φαίνεται στο Σχ Σχ : Μέθοδος συµπτυσσοµένου µετώπου για περίπτωση κοιτάσµατος µεγάλου πάχους (Μούσουλος, 1962). Στην περίπτωση που το µετάλλευµα συµπεριφέρεταιως µαλακό πέτρωµα ή είναι επιθυµητή η µηχανοποίηση της εξόρυξης των µετώπων είναι δυνατή η χρήση µηχανικών µεθόδων εξόρυξης µε εγκοπτήρα µαλακών ή σκληρών πετρωµάτων (Σχ ). Στην περίπτωση του συµπτυσσοµένου µετώπου όπου το µηχάνηµα εξόρυξης θα εργασθεί σε δάπεδο από θραυσµένο µετάλλευµα συνήθως απαιτείται χρήση µικρής µπουλντόζας ή grader για τη διαµόρφωση επίπεδης επιφάνειας. Σχ : Μέθοδος συµπτυσσοµένου µετώπου. ιάστρωση δαπέδου για διαµόρφωση επίπεδης επιφάνειας (Μούσουλος, 1962). 123

124 Πλεονεκτήµατα - Μειονεκτήµατα της µεθόδου: Προτού αναφερθούν τα πλεονεκτήµατα και µειονεκτήµατα της µεθόδου, σκόπιµο θεωρείται να αναφερθεί η επίδραση της ανθεκτικότητας των παρυφών και του πάχους του κοιτάσµατος. Ποιο συγκεκριµένα, δεδοµένης της εγκατάλειψης στύλων υπεράνω της στοάς µεταφοράς για επίτευξη µεγαλύτερης ασφάλειας, η αύξηση του πάχους του κοιτάσµατος ακολουθείται από αύξηση των διαστάσεων των εγκαταλειπόµενων στύλων. Έτσι, για κοιτάσµατα πάχους 3 έως 5 m, η αποληψιµότητα είναι της τάξεως του 95%, ενώ για πάχη 10 έως 12 m η αποληψιµότητα είναι µικρότερη του 95%. Η ανθεκτικότητα των παρυφών επηρεάζει άµεσα, όπως είναι προφανές, το ποσοστό ανάµιξης του µεταλλεύµατος µε στείρα των περιβαλλόντων πετρωµάτων (Μούσουλος, 1962, Lyman, 1982). Τα πλεονεκτήµατα αυτής της µεθόδου είναι (Μούσουλος 1962, Ηamrin 1982, Hartman 1987): Περιορισµένα έργα προπαρασκευής. Υψηλή ταχύτητα προχώρησης του µετώπου. Χαµηλό κόστος επένδυσης σε µηχανολογικό εξοπλισµό. Χαµηλό κόστος υποστήριξης. Υψηλή παραγωγή ανά µονάδα επιφανείας του κοιτάσµατος. Καλές συνθήκες ασφαλείας και αερισµού. Υψηλή ευστάθεια των ανοιγµάτων. Τα µειονεκτήµατα της µεθόδου είναι : o Υψηλό κόστος εργατικών. o Πολύ χαµηλή παραγωγικότητα. o Αδυναµία εκλεκτικής εξόρυξης. o Παραγωγή χονδροµερών ογκοτεµαχίων µεταλλεύµατος Μέθοδος ιαδοχικών Κοπών και Λιθογοµώσεων Αρχή της µεθόδου: Στην µέθοδο των ιαδοχικών Κοπών και Λιθογοµώσεων (Cut and Fill) το µετάλλευµα εξορύσσεται από κάτω προς τα πάνω, κατά πλάκες ύψους 2 m περίπου. Μετά την αποµάκρυνση του θραυσµένου µεταλλεύµατος λαµβάνει χώρα λιθογόµωση του δηµιουργούµενου κενού. ηλαδή η προχώρηση των µετώπων ακολουθείται από εναλλαγή εξόρυξης και λιθογόµωσης, µε σκοπό την διατήρηση 124

125 σταθερού του ύψους του ελεύθερου χώρου του µετώπου. Η σύνδεση του εκάστοτε χώρου εργασίας γίνεται µέσω φρεάτων που αναπτύσσονται σταδιακά εντός της λιθογοµώσεως. Τυπική εικόνα της µεθόδου αυτής φαίνεται στο Σχ Σχ : Μέθοδος διαδοχικών κοπών και λιθογοµόσεων. Τοµή κατά την παράταξη του κοιτάσµατος. Ιστορική ανάπτυξη της µεθόδου των διαδοχικών κοπών & λιθογοµώσεων Αριθµός µετώπων Πολλά Drifting & Aνάπτυξη Κεκλιµένα Ράµπες Ράµπες Τρόπος αποκοµιδής Χοάνες (ξύλινες ή όχι) Φόρτωση εκ του δαπέδου Χοάνες εκτός κοιτάσµατος (λίγες & ειδικές) Μηχανοποίηση Πτύα & τραίνα, Αυτοφορτωτές cavo, LHD s αποξεστήρες αεροκίνητοι ή diesel Υλικό πληρώσεως Στείρο πέτρωµα Στείρο πέτρωµα Τσιµεντοπολφοί 125

126 To υλικό λιθογοµώσεως 1. (για ξηρό υλικό λιθογόµωσης) Στείρα υλικά (αδρανή λατοµείων, ανάπτυξη του µεταλλείου, υπόγειους δανειοθαλάµους, νεογενείς αποθέσεις, απορρίµατα εργοστασίων εµπλουτισµού (tailings & slags)) Η ανάγκη για αυξηµένη αντοχή του υλικού λιθογόµωσης επέβαλλε την προσθήκη τσιµέντου σε διάφορες αναλογίες (τσιµεντοπολφοί) (επιβαλλεται στην µέθοδο µε κατιούσα φορά εξόρυξης, undercut & fill) Χρήση ιπτάµενης τέφρας (στερεό υπόλλειµα σε µορφή σκόνης από τη καύση στερεού άνθρακα κατά την παραγωγή ηλεκτρικού ρεύµατος σε ατµοηλεκτρικά εργοστάσια) Ιδιότητες υλικού λιθογοµώσεως Λόγος κενών και πυκνότητα Συρρίκνωση (consolidation) ιαπερατότητα ρυθµός διήθησης Μηχανική αντοχή σε εφελκυσµό και θλίψη Παρασκευή µεταφορά διοχέτευση υλικού λιθογόµωσης Οι κυριότερες µέθοδοι που χρησιµοποιούνται για την µεταφορά του υλικού πλήρωσης στα µέτωπα είναι: 2. Με τη βαρύτητα (για ξηρό υλικό λιθογόµωσης) 3. Mε µεταφορικές ταινίες 4. Πνευµατική λιθογόµωση (για ξηρό υλικό λιθογόµωσης) 5. Υδραυλίκή λιθογόµωση είτε για στείρα υλικά ή για τσιµεντοπολφούς (διενεργείται µέσω αγωγών & ειδικών βαλβίδων). Αγωγοί mm, µαγγανιούχοι ή από PVC µε χοντρά τοιχώµατα και κλίση 1/10 για επίσπευση ροής. Παροχή m 3 /shift (shift = 8 h). 50% - 50% κατ όγκον στερεά ύδωρ για οµαλή ροή 6. Με µονάδες LHD (αυτοφορτωτών) 7. Με φορτηγά εκτόξευσης slinger-belt 126

127 127

128 Μεταφορά µε µεταφορικές ταινίες: Eφαρµόζεται σε επιµήκη µέτωπα Μεταφορά µε πεπιεσµένο αέρα: Ροή σε σωληνώσεις µε µηχανές περιστρεφόµενου τυµπάνου Μεταφορά µε LHD: Σε µικρά µεταλλεία (µικρή παραγωγικότητα) Με φορτηγά slinger-belt: Eυέλικτος τρόπος λιθογόµωσης ιδιαίτερα καλό για µικρά και πολλά µέτωπα. Προυποθέσεις και πεδίο εφαρµογής: Oι προυποθέσεις εφαρµογής αυτής της µεθόδου είναι: Mέτρια ως υψηλή αντοχή του µεταλλεύµατος. Οποιαδήποτε σύσταση του µεταλλεύµατος. Είναι πολύ εύκολη η διαλογή του µεταλλεύµατος καθώς και ο διαχωρισµός του από στείρα εγκλείσµατα στα µέτωπα εργασίας. Υψηλή αξία µεταλλεύµατος. Λόγω του υψηλού κόστους της εργασίας απαιτείται µετάλλευµα υψηλής τιµής. Οποιαδήποτε αντοχή των παρυφών. Οποιοδήποτε γεωµετρικό σχήµα των παρυφών. Ελάχιστο πάχος κοιτάσµατος περίπου 1 m. Κλίση του κοιτάσµατος τουλάχιστον 45 ο. Σηµειώνεται ότι το κατ' εξοχήν πεδίο εφαρµογής της µεθόδου είναι τα φλεβοειδή ή στρωµατοειδή κοιτάσµατα µεγάλης κλίσεως και ανθεκτικού µεταλλεύµατος. Εργασίες προπαρασκευής: Αρχικά, ορύσσονται δύο εγκάρσιες στοές προσπέλασης του κοιτάσµατος Σ1, Σ2 (Σχ ) ορίζοντας το κοίτασµα σε πατώµατα, ύψους 30 έως 50 m. Eν συνεχεία αναπτύσσονται δύο διευθυντικές στοές 1, 2 στο ύψος των εγκαρσίων και ενώνονται µέσω δύο κεκλιµένων Κ1, Κ2. Κατόπιν ορύσσεται η πρώτη στοά υποσκαφής εντός του µεταλλεύµατος που βρίσκεται συνήθως 5-10 m πάνω από την κύρια στοά µεταφοράς. 128

129 (α) (β) Σχ : Μέθοδος διαδοχικών κοπών και λιθογοµόσεων. Τρισδιάστατη απεικόνιση τυπικών µορφών της µεθόδου. 129

130 Εργα ανάπτυξης: Στην µέθοδο των διαδοχικών κοπών και λιθογοµώσεων το µετάλλευµα εξορύσσεται σε οριζόντιες λωρίδες αρχίζοντας από το χαµηλότερο σηµείο του πατώµατος και προχωρώντας προς τα πάνω. Το θραυσµένο µετάλλευµα αποµακρύνεται εντελώς από το µέτωπο και όταν συµπληρωθεί η όρυξη µιας λωρίδας τότε το κενό λιθογοµώνεται µε κατάλληλο υλικό (συνήθως τσιµέντο και αδρανή ή απόβλητα εργοστασίου εµπλουτισµού), το οποίο συγκρατεί τα τοιχώµατα και λειτουργεί παράλληλα σαν βάση εργασίας για την εξόρυξη της αµέσως επόµενης βαθµίδας. Εξόρυξη και λιθογόµωση εναλλάσσονται ρυθµικώς µε τέτοιο τρόπο ώστε η διακύµανση του ύψους του ελεύθυερου χώρου του µετώπου να είναι περιορισµένη. Για την βελτίωση της παραγωγικότητας στο µέτωπο εργασίας διαµορφώνεται στην επιφάνεια προσβολής αντίστροφη βαθµίδα ή σύστηµα τέτοιών βαθµίδων (Σχ ). Σχ : Μέθοδος διαδοχικών κοπών και λιθογοµόσεων. ιαµόρφωση συστήµατος ανεστραµµένων βαθµίδων στο µέτωπο του εξορυσσοµένου µεταλλεύµατος. 130

131 Σχ : Μέθοδος διαδοχικών κοπών και λιθογοµόσεων. Χρησιµοποίηση ράµπας για την προσπέλαση στο κοίτασµα σε διαφορετικά υψόµετρα και µεταφοράς της λιθογόµωσης. Στην περίπτωση οριζόντιας επιφάνειας προσβολής (Σχ ), το θραυσµένο µετάλλευµα πέφτει στο δάπεδο εργασίας (λιθογοµωµένου δαπέδου) και στην συνέχεια, αφού γίνει διαλογή και δευτερογενής θραύση, µεταφέρεται µε χρήση αποξεστήρα ή αυτοφορτωτών προς τα κεκλιµένα όπου κατέρχεται, µέσω της βαρύτητας, προς την στοά βάσης. Η µεταφορά των στείρων για την λιθογόµωση γίνεται από την άνω στοά βάσης και αποτίθενται στο µέτωπο µέσω λουκιών ή ελικοειδούς κεκλιµένου (ράµπας) (Σχ ). Στην παραγωγική διαδικασία εφαρµόζεται ο κύκλος διάτρησης και ανατίναξης. Υπάρχουν δύο µέθοδοι διάτρησης του µετώπου: 1. Μέθοδος των Κ+Λ µε ανιόντα διατρήµατα (Σχ ). Στη µέθοδο αυτή το µετάλλευµα εξορύσσεται κατά οριζόντιες στρώσεις εκκινώντας από το κάτω µέρος του τµήµατος και προχωρώντας προς τα πάνω. Μετά την ανατίναξη το µετάλλευµα φορτώνεται και αποµακρύνεται από το µέτωπο. Οταν µια κοπή µεταλλεύµατος έχει ολοκληρωθεί, λιθογοµώνεται το κενό που έχει δηµιουργηθεί. 131

132 Κοίτασµα Λιθογόµωση Σχ : Μέθοδος διαδοχικών κοπών και λιθογοµόσεων. Λεπτοµέρεια εξόρυξης του µεταλλεύµατος µε ανιόντα διατρήµατα σε µέτωπο διαµορφωµένο µε ανεστραµµένες βαθµίδες. Κατά αυτόν τον τρόπο αφενός υποστηρίζονται οι παρειές του κοιτάσµατος και αφετέρου δηµιουργείται δάπεδο εργασίας για την επόµενη κοπή. Τα διατρήµατα είναι ανιόντα (Σχ ) (overhand drilling) και µπορούν να ορύσσονται σε µεγάλη έκταση της οροφής χωρίς διακοπή διευρύνοντας τον κύκλο εργασιών και αυξάνοντας τον όγκο του εξορυσσόµενου µεταλλεύµατος ανά ανατίναξη. Επίσης, είναι δυνατόν να γίνονται συγχρόνως η αποκοµιδή του µεταλλεύµατος και η διάτρηση. Μετά την αποκοµιδή του µεταλλεύµατος το κενό που δηµιουργείται είναι µεγάλο (ύψος άνω των 7 m) οπότε απαιτούνται παρυφές µέτριας έως υψηλής αντοχής. Μετά την ανατίναξη των ανιόντων διατρηµάτων πληγώνεται η οροφή του µετώπου και γίνεται δύσκολος ο έλεγχος της, γι αυτό απαραίτητη προϋπόθεση για την εφαρµογή της µεθόδου µε τα ανιόντα διατρήµατα είναι η καλή µηχανική συµπεριφορά του µεταλλεύµατος. Τα πλεονεκτήµατα αυτής της µεθόδου είναι : H δυνατότητα διάτρησης µεγάλων τµηµάτων της οροφής (δηλαδή µεγάλος δείκτης διάτρησης) Η ανατίναξη πολλών διατρηµάτων συγχρόνως Τα µειονεκτήµατα αυτής της µεθόδου είναι : o Mεγάλο ύψος µετώπου και όχι καλός έλεγχος των τάσεων στις παρειές του ανοίγµατος 132

133 o Κακός έλεγχος της µορφής της οροφής o Έλλειψη δυνατότητας εκλεκτικής εκµετάλλευσης 2. Tα διατρήµατα ορύσσονται οριζόντια στο µέτωπο της στοάς (horizontal cut and fill). Η µέθοδος αυτή (Σχ α,β) διαφέρει από την προηγούµενη στο ότι τα διατρήµατα είναι οριζόντια. Ο όγκος του πετρώµατος που παράγεται από κάθε ανατίναξη είναι περιορισµένος γιατί το µήκος του ανατινασσόµενου τµήµατος είναι ίσο µε το µήκος των διατρηµάτων. Η διάτρηση και η αποκοµιδή δεν είναι δυνατόν να γίνουν ταυτοχρόνως. Κοίτασµα Λιθογόµωση (α) 133

134 (β) Σχ α, β: Μέθοδος διαδοχικών κοπών και λιθογοµώσεων. Λεπτοµέρεια εξόρυξης του µεταλλεύµατος µε οριζόντια διατρήµατα σε µέτωπο διαµορφωµένο µε ανεστραµµένες βαθµίδες. Τα πλεονεκτήµατα αυτής της µεθόδου είναι : Mικρό ύψος µετώπου και καλύτερο έλεγχο των τάσεων στις παρειές του ανοίγµατος Καλός έλεγχος της οροφής λόγω µικρότερου ύψους του µετώπου Εύκολη αντιµετώπιση τοπικών ανωµαλιών του κοιτάσµατος υνατότητα εκλεκτικής εκµετάλλευσης Τα µειονεκτήµατα της είναι : o H δυνατότητα διάτρησης µικρών τµηµάτων της οροφής (δηλαδή µικρός δείκτης διάτρησης) o Η ανατίναξη λίγων διατρηµάτων συγχρόνως Μέρος του υλικού λιθογόµωσης είναι δυνατόν να προέρχεται από τα έργα προσπέλασης και ανάπτυξης του µεταλλείου (εσωτερική απόθεση στείρων, Σχ ) Η διάστρωση του υλικού γίνεται µε µηχανικό τρόπο ή µε την χρήση αποξεστήρα (Σχ ). Όταν όµως οι απαιτήσεις σε λιθογόµωση είναι συνεχείς και οι προδιαγραφές ως προς την ποιότητα και τα χαρακτηριστικά του υλικού είναι αυστηρές, τότε απαιτείται µία ολοκληρωµένη εγκατάσταση λιθογόµωσης είτε στην επιφάνεια είτε στο υπόγειο. 134

135 Το υλικό µεταφέρεται µε σωλήνες στα υπόγεια και συνήθως προέρχεται από κάποια επιφανειακή εγκατάσταση (π.χ. απορρίµµατα εργοστασίου εµπλουτισµού κ.λπ.) και η απόθεση του γίνεται υδραυλικά ή πνευµατικά. Στην περίπτωση των υδραυλικών µεθόδων δηµιουργείται πολφός που διανέµεται µε την βοήθεια ειδικών σωληνώσεων στα µέτωπα εργασίας. Όταν το νερό αποστραγγιστεί, παραµένει ένα αρκετά συνεκτικό υλικό, ικανό να λειτουργήσει ως δάπεδο εργασίας. Σε πολλές περιπτώσεις ο πολφός είναι δυνατόν να εµπλουτιστεί µε τσιµέντο (5%-10%) ώστε να αποκτήσει µεγαλύτερες µηχανικές αντοχές το λιθογοµούµενο υλικό. Σχ : Μέθοδος διαδοχικών κοπών και λιθογοµώσεων. Εξόρυξη µε βοήθεια µηχανικού εγκοπτήρα ή µηχανήµατος σηµειακής κοπής (roadheader). Φόρτωση - Αποκοµιδή του Μεταλλεύµατος: Η διαδικασία της φόρτωσης και αποκοµιδής γίνεται, όπως έχει προαναφερθεί, µέσω αποξεστήρα και αυτοκινούµενων µηχανηµάτων (LHD) και µπορεί να γίνεται µεταφορά του εξοπλισµού µέσω ελικοειδών κεκλιµένων (Σχ ). Στο Σχ παρουσιάζεται οι µέθοδοι συµπτυσσοµένου µετώπου και Κ+Λ µε µηχανική εξόρυξη µε την βοήθεια µηχανικών εκσκαπτήρων πετρωµάτων. Στην περίπτωση που χρειάζεται ενίσχυση του µετώπου µπορούν να χρησιµοποιηθούν κοχλίες υποστήριξης της οροφής (λ.χ από fiberglass, split sets, expandable thin wall bolts όπως φαίνεται στο Σχ ) κατά την εφαρµογή των µεθόδων ανεστραµµένων κοπών και λιθογοµώσεων. 135

136 Σχ : Μέθοδος ανεστραµµένων κοπών και λιθογοµώσεων. Εξόρυξη µε χρήση µηχανικού εγκοπτήρα και ενίσχυση µετώπου µε κοχλίες υποστήριξης. Μορφές της µεθόδου των διαδοχικών κοπών και λιθογοµώσεων 1. Τυπική µέθοδος κοπών και λιθογοµώσεων (Standard Cut and Fill). Η λιθογόµωση διενεργείται µετά την ολοκλήρωση κάθε κοπής. Τα διατρήµατα µπορεί να είναι κάθετα ή οριζόντια, ενώ η λιθογόµωση µπορεί να διενεργείται υδραυλικά ή µόνο µε την βαρύτητα. 136

137 Α ιατρήµατα Μέτωπο εξόρυξης Λιθογόµωση Α' (α) Κοίτασµα Λιθογόµωση (β): Τοµή ΑΑ Σχήµα α, β: Κατακόρυφη τοµή κατά την παράταξη και την κλίση της τυπικής µορφής της µεθόδου διαδοχικών κοπών και λιθογοµώσεων. 137

138 2. Μέθοδος κοπών και λιθογοµώσεων µε άµεση λιθογόµωση (Cut and Fill with immediate backfilling). Α ιατρήµατα Μέτωπο εξόρυξης Λιθογόµωση Α' (α) Κοίτασµα Λιθογόµωση (β):τοµή ΑΑ Σχήµα : Μέθοδος διαδοχικών κοπών και λιθογοµώσεων. Eξόρυξη και λιθογόµωση που ακολουθεί µε µικρή καθυστέρηση. 138

139 Σε αυτή την περίπτωση η λιθογόµωση ακολουθεί την επιφάνεια εξόρυξης σε σχετικά µικρή απόσταση. Το Σχ περιγράφει µια συνεχή µεταλλευτική ακολουθία, δηλαδή το παραγωγικό µέτωπο συνεχές χωρίς διακοπή και εποµένως το παραγωγικό µέτωπο «µεταφέρεται» στον ανώτερο ορίζοντα ενώ η λιθογόµωση συνεχίζει να προχωρεί στον ίδιο ορίζοντα µέχρι να ολοκληρωθεί. Η λιθογόµωση γίνεται µόνο µε τη βαρύτητα. 3. Μέθοδος κοπών και λιθογοµώσεων µε κατά µέτωπον προσβολή (Cut and fill with breast stoping). Η διαδικασία εξόρυξης είναι ίδια µε αυτή της Περίπτωσης 1, µόνο που σε αυτή την µέθοδο η λιθογόµωση γίνεται µε τέτοιο τρόπο ώστε η επιφάνεια της λιθογόµωσης να πλησιάζει πολύ το µετάλλευµα. Αυτή η παραλλαγή εφαρµόζεται σε κοιτάσµατα µε πολύ αδύναµη βραχοµάζα οροφής ή και πατώµατος. Η µέθοδος αυτή εφαρµόζεται σε µετάλλευµα ή παρυφές πολύ πτωχής ποιότητας. ιατρήµατα Μέτωπο εξόρυξης Λιθογόµωση Σχήµα : Μέθοδος κοπών και λιθογοµώσεων µε κατά µέτωπον προσβολή. 139

140 4. Μέθοδος ενναλλασσόµενων κοπών και λιθογοµώσεων µε δύο µέτωπα εξόρυξης. (Cut and Fill with two-compartment layout). Η επιφάνεια προσβολής χωρίζεται σε δύο τοµείς, οι οποίοι εξορύσσονται και λιθογοµώνονται σε δύο αντίθετες κατευθύνσεις. Η ανεξαρτησία µεταξύ των δύο τοµέων δεν είναι απόλυτη όσον αφορά τις κοπές. Το ίδιο ισχύει και για τον γεωµετρικό διαχωρισµό των τοµέων. Η διαίρεση των δύο τοµέων δεν ισχύει για τις κοπές στο µέσον του τµήµατος. ιατρήµατα Μέτωπα εξόρυξης ιατρήµατα Λιθογόµωση Σχήµα : Μέθοδος κοπών και λιθογοµώσεων µε δύο µέτωπα εξόρυξης. 5. Μέθοδος διαδοχικών κοπών και λιθογοµώσεων για κοιτάσµατα µετρίου πάχους(cut and fill for medium thick deposits). Σε αυτή τη µέθοδο το πάχος του κοιτάσµατος σε συνδυασµό µε την αντοχή του θα πρέπει να είναι τέτοιο ώστε να µην µπορεί να εξορυχθεί µε µια κοπή από την οροφή στο δάπεδο. Για αυτό το λόγο η κοπή χωρίζεται σε δύο τοµείς, οι οποίοι εξορύσσονται και αποκοµίζονται ενώ στη συνέχεια λιθογοµώνονται µε στερεά λιθογόµωση. 140

141 ιατρήµατα Μέτωπο εξόρυξης Λιθογόµωση (α) Λιθογόµωση (β)τοµή ΑΑ Σχήµα α, β: Μέθοδος διαδοχικών κοπών και λιθογοµώσεων για κοιτάσµατα µετρίου πάχους. Τοµή κατά τη διεύθυνση και την κλίση. 141

142 6. Μέθοδος διαδοχικών κοπών και λιθογοµώσεων για µεγάλου πάχους κοιτάσµατα (Cut and fill for very thick deposits). Για την αντιµετώπιση µεγάλου πάχους κοιτασµάτων όπου η αντοχή του µεταλλεύµατος δεν επιτρέπει το πλάτος του µετώπου να είναι το ίδιο µε το πάχος του κοιτάσµατος εφαρµόζεται η µέθοδος Drift+Fill (Σχ , 15). Σύµφωνα µε αυτήν την µέθοδο η εξόρυξη ενός ορόφου γίνεται µε περισσότερες από µία στοές. Πλεονέκτηµα αυτής της µεθόδου έναντι της Cut+Fill είναι ότι η εξόρυξη του πετρώµατος πραγµατοποιείται µε δύο ελεύθερες επιφάνειες που σηµαίνει οικονονοµία εκρηκτικών υλών και καλύτερο θρυµµατισµό. Παρουσιάζονται δύο εφαρµογές της µεθόδου. ιατρήµατα Μέτωπο εξόρυξης Λιθογόµωση Λιθογόµωση (α) (β) Σχήµα : Μέθοδος διαδοχικών κοπών και λιθογοµώσεων για µεγάλου πάχους κοιτάσµατα. Τοµή κατά τη διεύθυνση και την κλίση. 142

143 Μετάλλευµα Μετάλλευµα Τσιµέντο 7% Τσιµέντο 7% Κοπή Λιθογόµωση χωρίς τσιµέντο Λιθογόµωση χωρίς τσιµέντο Πρώτη Φάση εύτερη Φάση Σχήµα : Μέθοδος διαδοχικών κοπών και λιθογοµόσεων. Λεπτοµέρεια λιθογόµωσης σε τοµή κατά την κλίση του κοιτάσµατος. 7. Μέθοδος εγκάρσιων κοπών και λιθογοµώσεων για πάρα πολύ µεγάλα πάχη κοιτάσµατος (Transverse Cut and Fill for very thick deposits). Η βασική διαφορά από την προηγούµενη αφορά την κατεύθυνση εξόρυξης της µεθόδου η οποία σε αυτή την περίπτωση δεν είναι επιµήκης αλλά εγκάρσια. Γενικά αυτή η µέθοδος µπορεί να περιγραφεί σχετικά σαν µια µέθοδος εγκαρσίων κοπών παρά σαν µια µέθοδος διαδοχικών κοπών και λιθογοµώσεων. Α Λιθογόµωση Α' (α) 143

144 Λιθογόµωση (β) Σχήµα : Μέθοδος διαδοχικών κοπών και λιθογοµώσεων για πολύ µεγάλου πάχους κοιτάσµατα. (α): Τοµή κατά τη διεύθυνση και (β): Τοµή ΑΑ, κατά την κλίση. 8. Τυπική µέθοδος διαδοχικών κοπών και λιθογοµώσεων µε φορά από πάνω προς τα κάτω (Undercut and Fill). Σε αυτή τη µέθοδο η εξόρυξη διενεργείται µε φορά από πάνω προς τα κάτω και αξιοποιεί την τσιµεντωµένη λιθογόµωση για τον έλεγχο της οροφής. Οταν το µετάλλευµα χαρακτηρίζεται από πτωχά µηχανικά χαρακτηριστικά εφαρµόζεται η µέθοδος Κ+Λ µε φορά από πάνω προς τα κάτω (Under Cut+Fill) (Σχ , 18). Στη µέθοδο αυτή το µετάλλευµα εξορύσσεται µε οριζόντιες κοπές και µε φορά από το πάνω µέρος του τµήµατος προς τα κάτω. Μετά την ολοκλήρωση µιας κοπής κατασκευάζεται στο δάπεδο µια τσιµέντινη πλάκα (µε τη µορφή sand fill) η οποία χρησιµεύει ως τεχνητή οροφή για την εξόρυξη της επόµενης κοπής. Η µέθοδος αυτή εφαρµόζεται όταν η αντοχή του µεταλλεύµατος είναι τόσο χαµηλή ώστε να είναι αδύνατο να διατηρηθεί σταθερή η οροφή του µετώπου. 144

145 Λιθογόµωση (α) Λιθογόµωση (β) Τοµή ΑΑ Σχήµα : Μέθοδος διαδοχικών κοπών και λιθογοµώσεων µε φορά από κάτω προς τα πάνω. (α): Τοµή κατά τη διεύθυνση και (β): την κλίση. Σχήµα : Μέθοδος διαδοχικών κοπών και λιθογοµώσεων µε φορά από πάνω προς τα κάτω. Λεπτοµέρειες εξόρυξης. 145

146 Ως πραγµατικό παράδειγµα εφαρµογής της ανεστραµµένης µεθόδου Κ+Λ αναφέρεται η εκµετάλλευση µεταλλεύµατος µικτών θειούχων στο µεταλλείο Μαδέµ Λάκκος (Χαλκιδική) (Σχ ). Σε αυτή την περίπτωση η εκµετάλλευση διενεργείται κατά τις λεπτοµέρειες των Σχ α, β. Στην πρώτη περίπτωση του Σχ α, καταρχήν ορύσσονται κατά την παράταξη του κοιτάσµατος δύο στοές στην οροφή (HW) και στο δάπεδο (FW) του κοιτάσµατος. Κατόπιν σε δεύτερη φάση γίνεται οπισθοχώρηση κατά µήκος αυτών των στοών και ανατινάσσεται το µετάλλευµα σε πάχος 3m ώστε να αποκαλυφθεί η λιθογόµωση και σε πλάτος 3m στα παραµέντα των στοών. Κατόπιν αυτές λιθογοµώνονται και στο τέλος γίνεται η εξόρυξη και λιθογόµωση της κεντρικής στοάς. Στην δεύτερη περίπτωση του Σχ β, εξορύσσονται καταρχήν στοές 3x3 m και λιθογοµώνονται σε απόσταση µεταξύ των 9m. Στη συνέχεια διαµορφώνεται µε το cavo ράµπα σε υψόµετρο πάνω από την απο κάτω κοπή. Το πάτωµα αυτό εξοφλείται όλο και κατόπιν οπισθοχωρώντας λιθογοµώνεται κάτω από την από πάνω λιθογόµωση. Τα cavo 310 στο µέλλον µπορούν να αντικατασταθούν από Wagner electric scooptrams χωρητικότητας 1-2 κυβικών γυαρδών. 146

147 (α) 147

148 (β) Σχ α, β: Μέθοδος διαδοχικών κοπών και λιθογοµώσεων στο ορυχείο Μάδεµ Λάκκος. 148

149 9. Μέθοδος διαδοχικών κοπών και λιθογοµώσεων για εξαιρετικά µικρού πάχους κοιτάσµατα (Resuing). Αυτή η µέθοδος εφαρµόζεται σε µικρού πάχους φλεβικά κοιτάσµατα όπου είναι αναγκαστική η εξόρυξη της στείρας παρυφής για τη διαµόρφωση θαλάµου όπου µπορεί να κινηθεί ο εξοπλισµός. Σε αυτή την µέθοδο το µετάλλευµα και το περιβάλλον πέτρωµα εξορύσσονται ταυτόχρονα µε διάτρηση ανατίναξη. Το σχήµα του µετώπου εξόρυξης πρέπει να εξασφαλίζει τη µείωση της αραίωσης. 2 1 Λιθογόµωση Λιθογόµωση (α) (β) Σχήµα : Μέθοδος διαδοχικών κοπών και λιθογοµώσεων για εξαιρετικά µικρού πάχους κοιτάσµατα.(α): Τοµή κατά τη διεύθυνση, (β): Τοµή κατά την κλίση. 149

150 Σχήµα : Μέθοδος διαδοχικών κοπών και λιθογοµώσεων όπου επιβάλλεται η κοπή τµήµατος της οροφής από την οποία εξασφαλίζεται το υλικό της λιθογόµωσης (Μούσουλος, 1962). Όταν γίνεται ξεχωριστή διάτρηση ανατίναξη του στείρου πετρώµατος και του µεταλλεύµατος τότε η µέθοδος καλείται resuing.σ αυτήν την µέθοδο το απαιτούµενο για την λιθογόµωση υλικό λαµβάνεται από την διεύρυνση του µετώπου και της επεκτάσεως αυτού εντός των παρυφών κατά τις λεπτοµέρειες του Σχ Η µέθοδος εφαρµόζεται κυρίως για την εκµετάλλευση φλεβών µεγάλης κλίσεως και µικρού πάχους (0.5 εώς 6 m), όταν η ανθεκτικότητα της µιας εκ των παρυφών είναι ασθενής. Για µεγαλύτερα πάχη και όταν αµφότερες οι επαφές είναι ασθενείς η εξασφάλιση του στείρου της λιθογόµωσης µπορεί να γίνει µε όρυξη ανιόντων µικρών κεκλιµένων και στις δύο παρυφές του κοιτάσµατος (Σχ ). 150

151 Σχ : Μέθοδος διαδοχικών κοπών και λιθογοµώσεων µε όρυξη κεκλιµένων για την εξασφάλιση των στείρων (Μούσουλος, 1962). Πλεονεκτήµατα - Μειονεκτήµατα της µεθόδου: Τα πλεονεκτήµατα της µεθόδου είναι (Μούσουλος 1961, Lyman 1982) : Yψηλός βαθµός αποληψιµότητας (90-95%). Υψηλή παραγωγικότητα ανά µονάδα επιφανείας του κοιτάσµατος. υνατότητα εκλεκτικής εξόρυξης. Καλές συνθήκες ασφάλειας. Καλός αερισµός και εύκολη προσπέλαση στα µέτωπα εργασίας. υνατότητα εκµετάλλευσης σχηµατισµών χαµηλών µηχανικών ιδιοτήτων Τα µειονεκτήµατα της µεθόδου είναι (Μούσουλος, Lyman, 1982): Yψηλό κόστος λόγω του σταδίου της λιθογόµωσης και της δηµιουργίας των κεκλιµένων για την µεταφορά του µεταλλεύµατος. Έλλειψη σταθερότητας του παραγωγικού κύκλου λόγω τόσο των εναλλαγών διάτρησης και αποκοµιδής µεταλλεύµατος και λιθογόµωσης όσο και του σταδίου ανάπτυξης των κεκλιµένων εντός της λιθογοµώσης. 151

152 Πρακτική εφαρµογή της µεθόδου εναλλασσόµενων κοπών και λιθογοµώσεων σε υπόγειο µεταλλείο χρυσού/αργύρου στη Χιλή. Ως παράδειγµα εφαρµογής της µεθόδου των διαδοχικών κοπών και λιθογοµώσεων αναφέρουµε το κοίτασµα χρυσού στο El Bronce στις Άνδεις της Χιλής. Το µετάλλευµα χρυσού απαντάται εντός ρηγµατωµένων φακοειδών ζωνών επιθερµικού χαλαζία (Σχ ) πάχους πάνω από 20m Σχ : Εµφανίσεις φακοειδών κοιτασµάτων χρυσού στο El Bronce της Χιλής. 152

153 Το 75% του µεταλλεύµατος εξάγεται µε την µέθοδο των διαδοχικών κοπών και λιθογοµώσεων. Τα άγονα χρησιµοποιούνται για την λιθογόµωση των µετώπων εξόρυξης προτού η γίνει η επόµενη κοπή. Το 15% του µεταλλεύµατος εξορύσσεται µε εξόρυξη κεκλιµένων προσπέλασης του κοιτάσµατος από ράµπα κλίσης 16%. Σε αυτό το τµήµα εφαρµόζονται οριζόντιες κοπές και λιθογοµώσεις µέχρι να δηµιουργηθεί η επόµενη ράµπα (Σχ ). Το τελικό 10% από το µετάλλευµα προέρχεται από την ανάκτηση των στύλων. Οι στύλοι 5 8 µ πάχους στύλοι εξορύσσονται µε ελεγχόµενες εκρήξεις παρόµοια µε την µέθοδο κατακρήµνισης πατώµατος. Σχ : Κατακόρυφη τοµή κατά την παράταξη της µεθόδου Κ + Λ που εφαρµόζεται στο κοίτασµα. ΚΑ = κεκλιµένο αερισµού, ΚΛ = κεκλιµένο λιθογόµωσης, ΑΣΜ = Άνω στοά µεταφοράς, ΚΣΜ = Κάτω στοά µεταφοράς, Σ = στύλος. Φορτωτές Tamrock Toro yd 3 LHDs χρησιµοποιούνται για την υπόγεια µεταφορά. Το µετάλλευµα εξορύσσεται από λούκια µεταλλεύµατος µε φορτηγά Mercedes Benz για την µεταφορά του στον θραυστήρα. 153

154 2.3.3 Μέθοδος των Ξύλινων Πρισµατικών Πλαισίων Αρχή της µεθόδου: Στην µέθοδο των Ξύλινων Πρισµατικών Πλαισίων (Square set), το µετάλλευµα εξορύσσεται σε σειρές µικρών τετραγωνικών πρισµάτων, διαστάσεων συνήθως m. Αµέσως µετά την αποπεράτωση της αποκοµιδής του µεταλλεύµατος, ο κενός χώρος πληρείται από την τοποθέτηση ενός συµπλέγµατος ξύλινων πρισµατικών πλαισίων που λιθογοµώνονται (Σχ.2.55). Το βασικό χαρακτηριστικό της µεθόδου είναι η εφαρµογή της σε οποιοδήποτε γεωµετρία ή µηχανικά χαρακτηριστικά κοιτάσµατος. Σχήµα : Χαρακτηριστική µορφή της µεθόδου των ξύλινων πρισµατικών πλαισίων. Προϋποθέσεις και πεδίο εφαρµογής: Το πεδίο βέλτιστης εφαρµογής της µεθόδου είναι: Εξαιρετικά πλούσιο µετάλλευµα. Μετάλλευµα χαµηλής αντοχής. Μετάλλευµα που υπόκειται σε αυτανάφλεξη (π.χ. Χαλκούχος Σιδηροπυρίτης). Λόγω της άρτιας υποστύλωσης δεν δηµιουργούνται ρωγµές εντός του µεταλλεύµατος που θα επέτρεπαν την κυκλοφορία αέρα αυξάνοντας τον κίνδυνο αυτανάφλεξης. Απεριόριστο πάχος κοιτάσµατος µε ελάχιστο τα 3.5 m. 154

155 Κοίτασµα οποιαδήποτε γεωµετρίας Στύλοι που εγκαταλείπονται στις µεθόδους λιθογόµωσης. Μεταλλευµάτων εντός κατακρηµνισµένων ζωνών. Πρέπει να σηµειωθεί πως, παρόλη την ευελιξία της µεθόδου, δεν εφαρµόζεται στις σύγχρονες εκµεταλλεύσεις εξαιτίας της πολύ µικρής παραγωγικότητας της και του υψηλού κόστους της. Εργασίες προπαρασκευής: Το κοίτασµα χωρίζεται σε πατώµατα ύψους 30 έως 50 m, µε την διάνοιξη δύο στοών κατά την µεγαλύτερη οριζόντια του διάσταση. Οι κύριες αυτές στοές συνδέονται µε εγκάρσια. Από τα εγκάρσια ορύσσονται φρέατα, τα οποία ενώνουν το χαµηλότερο τµήµα του πατώµατος µε το υψηλότερο (Σχήµα ). Σχήµα : Τοµές κατά την διεύθυνση του κοιτάσµατος κατά τις διάφορες εργασίες εκµετάλλευσης µε την µέθοδο των ξύλινων πρισµατικών πλαισίων. Εξόρυξη: Η εξόρυξη γίνεται κατά οριζόντιες λουρίδες πάχους 2 έως 3 m και διενεργείται από το χαµηλότερο τµήµα των φρεάτων προς το υψηλότερο (Σχ ). Μετά την εξόρυξη ενός καθορισµένου πλήθους πρισµάτων τοποθετείται ο ανάλογος αριθµός ξύλινων πλαισίων. Η δόµηση των πλεγµάτων είναι τέτοιας συµµετρίας ώστε ορισµένα να εξυπηρετούν την διακίνηση του προσωπικού και άλλα του µεταλλεύµατος (Σχ ). 155

156 Σχήµα : Λεπτοµέρειες εξόρυξης µε την µέθοδο των ξύλινων πρισµατικών πλαισίων. Φόρτωση - Αποκοµιδή του Μεταλλεύµατος: Το θραυσµένο µετάλλευµα τοποθετείται σε δάπεδο στην κορυφή των υποκείµενων ξύλινων πρισµάτων. Με την χρήση πτύου ρίχνεται εντός του παρακείµενου φρέατος όπου καταλήγει στο κατώτερο εγκάρσιο, από όπου καταλήγει τελικά µε την χρήση αυτοκινούµενου εξοπλισµού ή βαγονιών στην στοά βάσης-συλλογής και τελικής µεταφοράς του µεταλλεύµατος (Σχ ). 156

157 Σχήµα : Λεπτοµέρειες κατασκευής ξύλινων πρισµατικών πλαισίων, και µέθοδος µεταφοράς στην µέθοδο των ξύλινων πρισµατικών πλαισίων. Πλεονεκτήµατα - Μειονεκτήµατα της µεθόδου: Γενικά, η µέθοδος αυτή εφαρµόζεται σε κοιτάσµατα µικρού µεγέθους µε πολύ πλούσιο µετάλλευµα έτσι ώστε το υψηλό ποσοστό απόληψης και η υψηλή περιεκτικότητα του κοιτάσµατος να καλύπτουν την εξαιρετικά χαµηλή παραγωγικότητα και τα υψηλά λειτουργικά έξοδα. Τα πλεονεκτήµατα της µεθόδου είναι (Μούσουλος 1962, Ηartman 1987): Μεγάλη επένδυση κεφαλαίων στον µηχανολογικό εξοπλισµό. Εφαρµογή σε οποιασδήποτε γεωµετρίας κοιτάσµατος. υνατότητα εκλεκτικής εκµετάλλευσης. 157

158 Υψηλό ποσοστό ανάκτησης (το µέγιστο σε σχέση µε τις υπόλοιπες µεταλλευτικές µεθόδους, τάξεως 98 έως 100%). Εξαιρετικά µικρό ποσοστό ανάµιξης του µεταλλεύµατος µε στείρα. Υψηλή ευστάθεια των ανοιγµάτων. Τα µειονεκτήµατα της µεθόδου είναι : o Πολύ υψηλά λειτουργικά έξοδα. o Χαµηλή παραγωγικότητα ανά µονάδα επιφανείας του κοιτάσµατος. o Χαµηλός ρυθµός ανάπτυξης των εργασιών. o υσµενείς συνθήκες εργασίας και ασφάλειας Μέθοδος Επιµήκους Μετώπου µε Λιθογόµωση Αρχή της µεθόδου: Γενικά, η µέθοδος του επιµήκους µετώπου αναπτύχθηκε για την εκµετάλλευση επιπέδων κοιτασµάτων γαιανθράκων µικρού πάχους. Η µέθοδος αυτή µπορεί να εφαρµοσθεί σε συνδυασµό είτε µε λιθογόµωση είτε µε κατακρήµνιση της οροφής. Ανάλογα του κατά πόσο είναι εύκολα ή δύσκολα να κατακρηµνιστεί η οροφή του εκµεταλλευόµενου σχηµατισµού, υπάρχουν δύο διαφορετικοί τρόποι εφαρµογής της µεθόδου: Επιµήκους Μετώπου µε λιθογόµωση (Longwall mining with Backfill) και Σχήµα : Μέθοδος επιµήκους ευθυγράµµου µετώπου µε λιθογόµωση. 158

159 Επιµήκους µετώπου µε κατακρήµνιση της οροφής (Longwall mining with Caving). Σχήµα : Μέθοδος επιµήκους ευθυγράµµου µετώπου µε κατακρήµνιση. Βασικό χαρακτηριστικό της µεθόδου είναι η επιπλέον κατηγοριοποίηση της ανεξαρτήτως του τρόπου εφαρµογής της. Ποιο συγκεκριµένα, υπάρχουν δύο κατηγορίες αυτής της µεθόδου όσον αφορά το µήκος του µετώπου και δύο επίσης κατηγορίες όσον αφορά τον τρόπο εξόρυξης (Μούσουλος 1962, Williams 1973). Οι δύο κατηγορίες που διακρίνονται βάση του µήκους του µετώπου είναι : Μεγάλου µήκους µετώπου (µε διατάσεις µετώπου µεταξύ 500ft και 850 ft όπως φαίνεται στο Σχ , (Longwall mining). Σχήµα : Μέθοδος επιµήκους ευθυγράµµου µετώπου.περίπτωση µεγάλου µήκους µετώπου. 159

160 Μικρού µήκους µετώπου (µε διατάσεις µετώπου 250 ft, Shortwall mining). Οι κατηγορίες που διακρίνονται βάση του τρόπου εξόρυξης είναι : Εξόρυξη µε χρήση εκρηκτικής ύλης, που προσοµοιάζει στον συµβατικό κύκλο εξόρυξης ασυνεχούς µεθόδου. Εξόρυξη µε µηχανικά µέσα που προσοµοιάζει στον κύκλο εξόρυξης συνεχούς µεθόδου. Πρέπει να σηµειωθεί, πως η µέθοδος µπορεί να εφαρµοστεί και σε εκµεταλλεύσεις µεταλλικών ορυκτών εντός σκληρών πετρωµάτων, όπου είναι δυνατή η δηµιουργία τεχνητών στύλων για την στήριξη της οροφής (π.χ. Μεταλλεία χρυσού Νοτίου Αφρικής). Στην µελετούµενη περίπτωση, του επιµήκους µετώπου µε λιθογόµωση, η εξόρυξη του µεταλλεύµατος γίνεται κατά µήκος ευθυγράµµου µετώπου, όπου µετά την αποκοµιδή του µεταλλεύµατος ακολουθεί η λιθογόµωση του δηµιουργηµένου κενού. Σηµειώνεται ότι η τεχνική υποστήριξη της οροφής πλησίον του µετώπου προχωρά µαζί µε το µέτωπο κατά την εφαρµογή αυτής της µεθόδου. Προϋποθέσεις και πεδίο εφαρµογής: Tο συνηθισµένο πεδίο εφαρµογής είναι (Μούσουλος 1962, Ηamrin 1982): Κοιτάσµατα µεγάλης ανάπτυξης. Η κλίση των κοιτασµάτων να είναι µικρή ή µέτρια. Οποιαδήποτε αντοχή µεταλλεύµατος. Οµοιόµορφο πάχος κοιτάσµατος, κυµαινόµενο από 0.80 έως 2.20 m. Χαρακτηριστικό παράδειγµα εφαρµογής της µεθόδου είναι οι υπόγειες εκµεταλλεύσεις στην ανθρακοφόρα λεκάνη του Ruhr (Μούσουλος, 1962). Εργασίες προπαρασκευής: Οι εργασίες προπαρασκευής εξαρτώνται από το αν το µέτωπο είναι προχωρούν, δηλαδή αν τα µέτωπα εργασίας αποκλίνουν ή οπισθοχωρούν, δηλαδή αν τα µέτωπα εργασίας συγκλίνουν (Σχ ). 160

161 Σχήµα : Μέθοδος επιµήκους οπισθοχωρούντος ευθυγράµµου µετώπου. Στην περίπτωση του οπισθοχωρούντος µετώπου (Σχ ), το κοίτασµα χωρίζεται σε τµήµατα µε την όρυξη δύο διευθυντικών στοών και κεκλιµένων για την σύνδεσης τους. Η εξόρυξη ξεκινά από τα ακραία τµήµατα και οπισθοχωρεί, κατά µήκος των διευθυντικών στοών, προς τα σηµεία σύνδεσης των διευθυντικών στοών µε τις εισόδους προσπέλασης του πατώµατος. Στην περίπτωση του προχωρούντος µετώπου (Σχ ), η εξόρυξη και η διάνοιξη των διευθυντικών στοών γίνεται παράλληλα. Το σηµείο έναρξης της εξόρυξης γίνεται από το επίπεδο συνάντησης των κεντρικών προσπελάσεων, όπως και των διευθυντικών στοών, που όµως προηγούνται ελαφρώς της εξόρυξης για να παρέχουν αφετηρία εκκίνησης των µετώπων. 161

162 Σχήµα : Μέθοδος επιµήκους προχωρούντος ευθυγράµµου µετώπου. Έργα ανάπτυξης: Τα έργα ανάπτυξης του κοιτάσµατος καθορίζονται από τις κάτωθι επιµέρους διαδικασίες : ιεύθυνση του µετώπου βάσει της κλίσεως του κοιτάσµατος. Τρόπος εξόρυξης. Κύκλος εργασίας ( ιαδοχή εξόρυξης και λιθογόµωσης). Και οι τρεις παραπάνω παράγοντες καθορίζουν τόσο τα γεωµετρικά χαρακτηριστικά της µεθόδου, όσο και την οικονοµικότητα της. Το µέτωπο τοποθετείται κατά την κλίση του στρώµατος και η προχώρηση του γίνεται παράλληλα προς την διεύθυνση (Σχ ). 162

163 Σχήµα : Μέθοδος επιµήκους ευθυγράµµου µετώπου. Μέτωπο κατά την κλίση. Σχήµα : Μέθοδος επιµήκους ευθυγράµµου µετώπου. Μέτωπο κατά την διεύθυνση. Σε µερικές περιπτώσεις, όταν το κοίτασµα έχει µεγάλη κλίση και το µετάλλευµα ικανοποιητική αντοχή, τότε το µέτωπο µπορεί να αναπτυχθεί κατά την διεύθυνση του κοιτάσµατος (Σχ ). 163

164 Σχήµα : Μέθοδος επιµήκους ευθυγράµµου µετώπου. Μέτωπο κατά διαγώνια διεύθυνση. Όταν, όµως, είναι αρκετά µεγάλη η κλίση το µέτωπο προχωρεί διαγώνια έτσι ώστε τόσο να επιτρέπεται η καλή χρήση του εξοπλισµού εξόρυξης και αποκοµιδής όσο και να µην υπερβαίνεται η γωνία πρανούς της λιθογόµωσης (Σχ. 2.66). Εξόρυξη: Όπως έχει προαναφερθεί, υπάρχουν δύο τρόποι εξόρυξης. Ο ένας τρόπος εξόρυξης πραγµατοποιείται µε χρήση εκρηκτικής ύλης και ο άλλος τρόπος χωρίς χρήση εκρηκτικής ύλης. Και οι δύο τρόποι επιλέγονται συναρτήσει της σκληρότητας του πετρώµατος. Α. Εξόρυξη µε την χρήση εκρηκτικής ύλης. H όρυξη µε χρήση εκρηκτικών υλών εφαρµόζεται σε γαιάνθρακες υψηλής σκληρότητας ή µεταλλεύµατα αντίστοιχης ανθεκτικότητας. Η χρησιµοποίηση εκρηκτικής ύλης για την εξόρυξη του γαιάνθρακα συνδυάζεται, σχεδόν πάντα, µε την χρήση εγκοπτήρων (shearer) ή κατάλληλων αρότρων (plough), για βελτίωση της απόδοσης, της θραύσης και της ασφαλείας. Τα στάδια της διάτρησης είναι (Μούσουλος, 1962): Αρχικά δηµιουργείται εγκοπή, συνήθως επί της στρώσεως, πλάτους περίπου 2 cm και βάθους 1.5 έως 2.5 m (Σχ ). 164

165 Σχήµα : Μέθοδος επιµήκους ευθυγράµµου µετώπου. ηµιουργία εγκοπής. Κατόπιν ορύσσονται διατρήµατα ανάλογου µήκους µε της εγκοπής. Το είδος της εκρηκτικής ύλης πως χρησιµοποιείται εξαρτάται από την παρουσία ή µη εκρηκτικού αερίου, νερού, του φορτίου και της σκληρότητας. Παρουσία νερού χρησιµοποιούνται ζελατοδυναµίτιδες, παρουσία εκρηκτικού αερίου δυναµίτιδες ασφαλείας αλλιώς χρησιµοποιούνται συνήθεις εκρηκτικές ύλες. Χαρακτηριστικό της χρήσης των εκρηκτικών υλών είναι η εναυσή τους πάντα µε ηλεκτρικά καψύλλια για να αποφευχθεί η δηµιουργία σπινθήρα. Αν το υπό εξόρυξη µετάλλευµα δεν είναι γαιάνθρακας, τότε δεν είναι απαραίτητη η δηµιουργία εγκοπής επί της στρώσεως. Β. Εξόρυξη χωρίς την χρήση εκρηκτικής ύλης. Σε σχηµατισµούς χαµηλής ως µέτριας µηχανικής αντοχής χρησιµοποιούνται κατάλληλα αλυσοπρίονα (Σχ α) εγκοπτήρες (shearer) (Σχ β) ή κατάλληλα άροτρα (plough), καθώς και αποξεστήρες (Σχ γ). Συνήθως, οι εγκοπτήρες χρησιµοποιούνται σε υλικά µέτριας µηχανικής αντοχής, ενώ χρησιµοποιούνται αποξεστήρες σε υλικά χαµηλής µηχανικής αντοχής. (α) 165

166 (β) (γ) Σχήµα : (α):κοπή γαιάνθρακα µε αλυσοπρίονο (κάτοψη), β): Εγκοπτήρας διπλού τυµπάνου, (γ): Αποκοµιδή των προιόντων εξόρυξης µε την βοήθεια αποξεστήρα. 166

167 Κύκλος εργασίας ( ιαδοχή εξόρυξης και λιθογόµωσης): Η εξόρυξη γίνεται κατά λουρίδες έτσι ώστε το µέτωπο εργασίας να είναι κατακόρυφο, κατ' αναλογία µε το Γερµανικό Σύστηµα υπαίθριων εκµεταλλεύσεων γαιανθράκων. Αρχικά (Φάση Ι) εξορύσσεται ένα τµήµα του µετώπου, πάχους 1 m περίπου (η δυνατότητα βάθους κοπής των κοπτικών µέσων συνήθως κυµαίνεται µεταξύ 6'' και 30'') και αποκοµίζεται το θραυσµένο υλικό, µε υποστήριξη παράλληλα της οροφής. Στην διάρκεια της δεύτερης βάρδιας (Φάση ΙΙ) ολοκληρώνεται η διαδικασία µεταφοράς και η υποστήριξη της οροφής. Στην διάρκεια της τρίτης βάρδιας (Φάση ΙΙΙ) λαµβάνει χώρα η λιθογόµωση, κατ' αναλογία της µεθόδου των Κοπών και Λιθογοµώσεων (Σχ α, β, γ) Οχετός µεταφοράς µεταλλεύµατος Τεχνητοί στύλοι υποστήριξης Κοίτασµα Λιθογόµωση Μέτωπο εξόρυξης ιευθυντική στοά Φάση I (α) 167

168 Λιθογόµωση Φάση II (β) 168

169 Λιθογόµωση Φάση III (γ) Σχήµα α, β, γ: Εξέλιξη του µετώπου κατά τη διάρκεια του κύκλου εργασίας. α, β, γ, κατάσταση στην αρχή της 1 ης, 2 ης, 3 ης 8 ης περιόδου, αντίστοιχα. Φόρτωση - Αποκοµιδή του Μεταλλεύµατος: Μετά την διαδικασία της εξόρυξης, το εξορυγµένο υλικό αποθέτεται στο δάπεδο του πατώµατος εργασίας όπου µεταφέρεται µε φορτωτές ή αποξεστήρα (scraper) και απορρίπτεται είτε εντός οχετού µεταφοράς είτε αν είναι εφικτό σε χώρο αποθήκευσης, όπου δευτερογενώς φορτώνεται σε µεταφορική ταινία, καταλήγοντας στην κύρια στοά µεταφοράς. 169

170 Ανακεφαλαιώνοντας µερικές παραλλαγές της υπόψιν µεθόδου έχουν ως εξής: 1. Τυπική µέθοδος επιµήκων µετώπων µε λιθογόµωση. Το Σχ παρουσιάζει την τυπική γεωµετρία αυτής της µεθόδου µε προχώρηση του µετώπου κατά την έννοια της παράταξης µε την εξόρυξη να διενεργείται είτερ µε εγκοπτήρες τυµπάνου είτε µε διάτρηση ανατίναξη. Η λιθογόµωση τοποθετείται µετά την πλήρη εξόρυξη της φέτας ορισµένου πάχους καθόλο το µήκος της στο µέτωπο, και µετά την προχώρηση της βηµατίζουσας υποστήριξης στη νέα θέση πλησίον του µετώπου. Οχετός µεταφοράς µεταλλεύµατος Τεχνητοί στύλοι υποστήριξης Κοίτασµα Λιθογόµωση Μέτωπο εξόρυξης ιευθυντική στοά (α) Μέτωπο Κοίτασµα Λιθογόµωση Τεχνητοί στύλοι υποστήριξης (β):τοµή ΑΑ Σχήµα α, β: Κατακόρυφη τοµή κατά την παράταξη και την κλίση για την τυπική µορφή της µεθόδου του επιµήκους µετώπου. 170

171 2. Μέθοδος επιµήκους µετώπου µε κατακρήµνιση διαδοχικών ορόφων. Αυτή η µέθοδος εφαρµόζεται σε κοιτάσµατα µεγάλου πάχους. Η εφαρµογή της κατά την εξόρυξη του κάτω ορόφου στην επαφή µε τη στρώση του κοιτάσµατος αλλά ταυτόχρονα µε την προχώρηση της τεχνιτής υποστήριξης πλησίον του µετώπου η οροφή που αποτελείται από µετάλλευµα κατακρηµνίζεται και αποκοµίζεται µέσα από τα ειδικά κελύφη (shields) της υποστήριξης (Σχ α, β, γ). Κοίτασµα Κατακρήµνιση Μέτωπο εξόρυξης (α) Μέτωπο Κοίτασµα Κατακρήµνιση (β):τοµή ΑΑ 171

172 Κοίτασµα (γ):τοµή ΒΒ Σχήµα α, β, γ: Μέθοδος επιµήκους µετώπου µε κατακρήµνιση διαδοχικών ορόφων 3. Μέθοδος του επιµήκους µετώπου µε διαδοχική εξόρυξη του κοιτάσµατος κατά πλάκες σε κοιτάσµατα µεγάλου πάχους. Κατά αυτήν την µέθοδο κάθε πλακα ορισµένου ύψους εξορύσσεται σε επιµήκη µέτωπα από κάτω προς τα πάνω. Η εξόρυξη της ανώτερης πλάκας εκκινά µετά την εξόφληση, λιθογόµωσηκαι στερεοποίηση της κατώτερης πλάκας. Στο παράδειγµα του Σχ φαίνεται η εφαρµογή της υπόψιν µεθόδου για την περίπτωση δύο πλακών. 172

173 Κοίτασµα Κατακρήµνιση ή Λιθογόµωση Μέτωπο εξόρυξης (α) Κοίτασµα Μέτωπο Λιθογόµωση ή Κατακρήµνιση Λιθογόµωση (β):τοµή ΑΑ Σχήµα α, β: Μέθοδοςτου επιµήκους µετώπου µε διαδοχική εξόρυξη του κοιτάσµατος κατά πλάκες σε κοιτάσµατα µεγάλου πάχους 173

174 4. Επιµήκες µέτωπο µε παράλληλη προχώρηση διαδοχικών πλακών (Σχ ). Αυτή η µέθοδος είναι παρόµοια µε την προηγούµενη εκτός από την χρονική αλληλουχία των εργασιών. Κατά την παρούσα µέθοδο η εξόρυξη και λιθογόµωση της πλάκας στην επαφή µε την στρώση προχωρά µε µικρή προπορεία σε σχέση µε την αµέσως ανώτερη πλάκα. Στην περίπτωση που γίνεται αντί της λιθογόµωσης κατακρήµνιση της οροφής απαιτείται ιδιαίτερη προσοχή για τον έλεγχο της κατακρήµνισης (λ.χ, χρήση συρµατοπλέγµατος). Κοίτασµα Κατακρήµνιση ή Λιθογόµωση Μέτωπο εξόρυξης (α) Κοίτασµα Μέτωπο κάτω πλάκας Μέτωπο πάνω πλάκας Λιθογόµωση ή Κατακ Λιθογό (β):τοµή ΑΑ Σχήµα α, β: Επιµήκες µέτωπο µε παράλληλη προχώρηση διαδοχικών πλακών 174

175 5. Εκµετάλλευση µε µικρού µήκους µέτωπα. Το παράδειγµα του Σχ περιγράφει τρία τµήµατα µε µέτωπα µικρού µήκους µε καθένα από αυτά να διευθύνεται παράλληλα προς την παράταξη του κοιτάσµατος. Η µέθοδος αυτή µοιάζει µε την µέθοδο των Θαλάµων και Στύλων µε τη διαφορά ότι η εξόρυξη γίνεται µε µηχανικά µέσα (λ.χ, εγκοπτήρες ή µηχανήµατα σηµειακής κοπής) ενώ στη µέθοδο Θαλάµων και Στύλων η εξόρυξη διενεργείται µε διάτρηση και ανατίναξη. (α) Κατακρήµνιση Κοίτασµα (β):τοµή ΒΒ 175

176 Κοίτασµα Κατακρήµνιση (γ):τοµή ΑΑ Σχήµα α, β, γ: Εκµετάλλευση µε µικρού µήκους µέτωπα Πλεονεκτήµατα - Μειονεκτήµατα της µεθόδου: Τα κύρια πλεονεκτήµατα αυτής της µεθόδου είναι (Ηartman 1987, Μούσουλος 1962) : Μέγιστη ανάπτυξη του πατώµατος κατά την έννοια της κλίσεως. Αρκετά χαµηλό κόστος εκµετάλλευσης (ελαχιστοποιείται αν εφαρµοστεί κατακρύµνηση της οροφής αντί για λιθογόµωση). Υψηλή ευστάθεια ανοιγµάτων. Υψηλός ρυθµός παραγωγής. Υψηλό ποσοστό ανάκτησης. Τα κύρια µειονεκτήµατα της µεθόδου είναι : o Απουσία δυνατότητας διαχωρισµού στείρων ενστρώσεων και χρήσιµου υλικού στο µέτωπο εργασίας. o Σταθερός κύκλος εργασίας, χωρίς την δυνατότητα αλλαγής της διαδοχής των εργασιών. Οποιαδήποτε αλλαγή στον κύκλο εργασίας έχει σοβαρές επιπτώσεις στην παραγωγική διαδικασία. 176

177 2.3.5 Μέθοδος Οριζοντίων ιαδοχικών Πλακών εξορυσσόµενων κατά εγκάρσιες λωρίδες Σε αυτήν την µέθοδο (Crosscut method) η εκµετάλλευση διενεργείται µε τη βοήθεια συστήµατος διευθυντικών στοών που είτε λιθογοµώνονται είτε κατακρηµνίζονται. Εφαρµόζονται συνήθως σε επίπεδα, στρωµατοειδή κοιτάσµατα αλλά και σε κοιτάσµατα µεγάλης οριζόντιας ανάπτυξης και σηµαντικού πάχους. Τυπική εικόνα εφαρµογής της µεθόδου δίνεται στα Σχ , 2, κατά την οποία το µετάλλευµα εξορύσσεται κατά οριζόντιες παραλληλεπίπεδες πλάκες. Αµέσως µετά την εξόρυξη ακολουθεί η λιθογόµωση του δηµιουργούµενου κενού. Η µέθοδος είναι δυνατόν να εφαρµοστεί τόσο από πάνω προς τα κάτω (πλάκες κατά κατιούσα φορά) όσο και από κάτω προς τα πάνω (πλάκες κατά την ανιούσα φορά). Σχ : Εκµετάλλευση µε την µέθοδο των οριζόντιων διαδοχικών πλακών. Η εξόρυξη διενεργείται κατά παραλληλεπίπεδες λωρίδες ( 1,2, ), αποκοπτώµενες κάθετα προς τις παρυφές, µέσα στην οριζόντια πλάκα. Κατωτέρω περιγράφεται καταρχήν η εφαρµογή της µεθόδου για κοιτάσµατα µεγάλης οριζόντιας ανάπτυξης και µεγάλου πάχους. 177

178 Τοµή ΑΑ, κατά την κλίση του κοιτάσµατος. Τοµή ΒΒ. Σχ : Εκµετάλλευση µε την µέθοδο των οριζόντιων διαδοχικών πλακών. Προϋποθέσεις και πεδίο εφαρµογής :Οι προϋποθέσεις και το πεδίο εφαρµογής της µεθόδου είναι: Φλεβικά κοιτάσµατα µεγάλης οριζόντιας ανάπτυξης και µεγάλου πάχους. Κοιτάσµατα ανώµαλης γεωµετρίας µεγάλου πάχους. Μετάλλευµα χαµηλής αντοχής. Περιβάλλον πέτρωµα χαµηλής αντοχής. Εργασίες προπαρασκευής: Ορίζονται, αρχικά, πατώµατα ύψους 15 έως 20 m από την όρυξη δύο διευθυντικών στοών κατά µήκος της στρώσεως, που ενώνονται µε σύστηµα κεκλιµένων Κ (Σχ ). Εργα ανάπτυξης: Τα έργα προπαρασκευής όσο και ανάπτυξης, σ αυτήν την µέθοδο, είναι αλληλοσυνδεόµενα. Ποιο συγκεκριµένα, ακολουθείται η κάτωθι διαδικασία : Aπό την κατώτερη διευθυντική στοά εξορύσσεται το πρώτο παραλληλεπίπεδο Α από την στρώση προς την κορυφή και λιθογοµώνεται µέσω του κεκλιµένου Κ. Ακολούθως, εξορύσσεται και λιθογοµώνεται το τµήµα Γ. Τέλος, εξορύσσεται το παραλληλεπίπεδο Β και αφαιρείται έτσι η πρώτη πλάκα. Ορύσσονται διατρήµατα στην οροφή της στοάς, στο επίπεδο της δεύτερης πλάκας και διανοίγεται νέα διευθυντική στοά απ όπου εξορύσσεται η επόµενη πλάκα. 178

179 Επανάληψη όλων των παραπάνω βηµάτων µέχρι την ολοκλήρωση της εκµετάλλευσης (Σχ ). Σχ : Μέθοδος οριζοντίων διαδοχικών πλακών µε κατιούσα φορά. Πρέπει να σηµειωθεί ότι τα ίδια βήµατα εφαρµόζονται τόσο στην εκµετάλλευση κατά ανιούσα φορά όσο και στην εκµετάλλευση κατιούσας φοράς για την εξόρυξη κάθε πλάκας (Σχ ). Η βασική διαφορά στην δεύτερη περίπτωση έγκειται στην δηµιουργία τεχνητού πατώµατος στο δάπεδο κάθε πλάκας, το οποίο αποκαλύπτεται σταδιακά κατά την προχώρηση των εργασιών στην υποκείµενη πλάκα. Κατωτέρω περιγράφονται τυπικές µορφές της υπόψιν µεθόδου σε στρωµατοειδή κοιτάσµατα. 1. Τυπική µέθοδος εγκαρσίων κοπών (Σχ ) µε χρήση λιθογόµωσης ή κατακρήµνισης για έλεγχο της οροφής. Στην δεύτερη περίπτωση οι διευθυντικές στοές υποστηρίζονται (λ.χ µε ξύλινη υποστήλωση) και κατά την υποχώρηση ανατινάσσεται η υποστύλωση (robbing) ώστε να επισυµβεί ελεγχόµενη κατακρήµνιση της οροφής. Συνήθως το θέµα της προσωρινής υποστήλωσης για πολύ ασθενείς βραχοµάζες (RMR < 20, κατηγορία V) είναι πολύ σηµαντικό κατά την εφαρµογή αυτής της µεθόδου. 179

180 Κεκλιµένο Κ2 Α Λιθογόµωση ή Κατακρήµνιση ιευθυντική Κοίτασµα Α' (α) Τοµή κατά την παράταξη του κοιτάσµατος Κεκλιµένο Κ1 Κοίτασµα Λιθογόµωση ή Κατακρήµνιση Κεκλιµένο ιευθυντική Σχ : Τυπική µέθοδος εγκαρσίων κοπών 180

181 2. Εγκάρσιες κοπές µε πολλαπλά µέτωπα παραγωγής. Συνήθως εφαρµόζονται για την επίτευξη ικανοποιητικού ρυθµού παραγωγής. Αυτό επιτυγχάνεται µε την υποδιαίρεση του ορόφου σε τρία τµήµατα. Οι εργασίες εξόρυξης, προσωρινής υποστήριξης και λιθογόµωσης εκτελούνται ανεξάρτητα σε κάθε τµήµα, ενώ σε συγκεκριµένο τµήµα η αλληλουχία των εργασιών παρουσιάζεται στο Σχ Κεκλιµένο Κ (α) Τοµή κατά Α Λιθογόµωση Α' την παράταξη του κοιτάσµατος Κεκλιµένο Κ1 Λιθογόµωση Κοίτασµα Κεκλιµένο (β): Τοµή ΑΑ κατά την κλίση του κοιτάσµατος ιευθυντική Σχ : Εγκάρσιες κοπές µε πολλαπλά µέτωπα παραγωγής 181

182 3. Εγκάρσιες κοπές από κεντρική διευθυντική στοά. Η µέθοδος αυτή είναι παρόµοια µε την προηγούµενη εφόσον το κοίτασµα ή το τµήµα της εκµετάλλευσης διαιρείται σε δύο υποτµήµατα µε σκοπό την αύξηση της παραγωγής αυτού του τµήµατος. Οι λεπτοµέρειες αυτής της µεθόδου εκµετάλλευσης φαίνονται στο Σχ Λιθογόµωση ή Κατακρήµνιση Σχ : Εγκάρσιες κοπές από κεντρική διευθυντική στοά. Κατακόρυφη τοµή κατά την παράταξη του κοιτάσµατος. Φόρτωση - Αποκοµιδή του Μεταλλεύµατος: εδοµένης της παλαιότητας της µεθόδου και του τρόπου εφαρµογής της, ο τρόπος φόρτωσης και αποκοµιδής του µεταλλεύµατος γίνεται χειρωνακτικά, µε την βοήθεια πτύου ή βαγονιών. Πλεονεκτήµατα - Μειονεκτήµατα της µεθόδου: Τα πλεονεκτήµατα της µεθόδου είναι (Μούσουλος 1962, Hartman 1987): Υψηλό ποσοστό ανάκτησης. Υψηλή ευστάθεια των ανοιγµάτων. Ασήµαντη επίδραση των γεωµετρικών χαρακτηριστικών του κοιτάσµατος στην εκµετάλλευση. Καλές συνθήκες ασφαλείας. Μικρό ποσοστό αραίωσης του µεταλλεύµατος µε στείρα. 182

183 Τα µειονεκτήµατα της µεθόδου είναι : o Εξαιρετικά χαµηλός ρυθµός παραγωγής, λόγω της διαδικασίας λιθογόµωσης και τοποθέτησης δαπέδων κατά περίπτωση. o Χαµηλή παραγωγικότητα. o Χαµηλός ρυθµός προχώρησης των εργασιών. o Υψηλό κόστος εργατικών. 183

184 2.4 Μέθοδοι µε κατακρήµνιση της οροφής Μέθοδος ιαδοχικών Ορόφων µε Κατακρήµνιση Αρχή της µεθόδου: Η µέθοδος αυτή (Sublevel Caving Method) πραγµατοποιείται εντός διαδοχικών ορόφων, όπου ορύσσονται διατρήµατα από το κάτω µέρος του ορόφου και κατακρηµνίζεται το πάνω µέρος του. Παράλληλα µε την κατακρήµνιση του ορόφου ακολουθεί η κατακρήµνιση των αγόνων που υπέρκεινται των ορόφων για την κάλυψη των δηµιουργηθέντων κενών (Σχ ). Σχ Μέθοδος διαδοχικών ορόφων µε κατακρήµνιση. 184

185 Προϋποθέσεις και πεδίο εφαρµογής: Οι προϋποθέσεις εφαρµογής της µεθόδου είναι: Κατακόρυφο ή σχεδόν κατακόρυφο κοίτασµα, µε την µεγαλύτερη διάσταση του κατά την κατακόρυφο. Μετάλλευµα εύκολα κατακρηµνιζόµενο. Σηµειώνεται ότι το ποσοστό ανάκτησης είναι άµεσα συνδεδεµένο µε την δυνατότητα κατακρήµνισης του µεταλλεύµατος. Ευκόλως κατακρηµνιζόµενα περιβάλλοντα πετρώµατα. Οµαλή γεωµετρία των παρυφών. Απουσία ανάγκης εκλεκτικής εξόρυξης. Η φυσική επιφάνεια του εδάφους δεν επηρεάζεται δυσµενώς από την παρουσία φαινοµένων καθίζησης. Σχ : Εφαρµογή της µεθόδου των διαδοχικών ορόφων µε κατακρήµνιση οροφής για την εκµετάλλευση διαµαντιών της Νοτίου Αφρικής. 185

186 Το είδος κοιτασµάτων στα οποία πλέον εφαρµόζεται η µέθοδος αυτή, είναι κοιτάσµατα κατακόρυφα µεγάλου πάχους, µε αρκετά ανθεκτικό µετάλλευµα και οροφή εύκολα κατακρηµνιζόµενη (Σχ ). Ένα σχετικό παράδειγµα εφαρµογής της µεθόδου είναι σε κοιτάσµατα πάχους 10 m και άνω και κλίσεως µεγαλύτερης των 70 0 από την εταιρεία ΒΩΞΙΤΑΙ ΠΑΡΝΑΣΣΟΥ, στην γεωλογική ζώνη Παρνασσού- Γκιώνας. Εργασίες προπαρασκευής: Το κοίτασµα χωρίζεται σε πατώµατα ύψους 30 έως 50 m, µε την όρυξη δύο διευθυντικών στοών D. Το κάθε πάτωµα χωρίζεται σε υποπατώµατα µε την όρυξη διευθυντικών στοών S που απέχουν συνήθως από 8 έως 15 m και συνδέονται µε κεκλιµένα R (Σχ ). Τοµή κατά τη διεύθυνση. Τοµή ΑΒ. Σχ Μέθοδος διαδοχικών ορόφων µε κατακρήµνιση. Χωρισµός του κοιτάσµατος σε τµήµατα και ορόφους. Εργα ανάπτυξης: Από τα κεκλιµένα ορύσσονται διευθυντικές στοές στα υποπατώµατα καθώς και την όρυξη λουκιών µεταλλεύµατος και ελικοειδών κεκλιµένων για την σύνδεση των υποπατωµάτων µε την διευθυντική στοά του κάθε πατώµατος ( α). Σε κοιτάσµατα µε µικρό πάχος οι διευθυντικές στοές καλύπτουν και τις ανάγκες εξόρυξης του συνολικού πάχους του κοιτάσµατος. 186

187 (α) (Β) 187

188 (γ) 188

189 (δ):στάδια προπαρασκευής και εξόρυξης κοιτάσµατος Σχ Μέθοδος διαδοχικών ορόφων µε κατακρήµνιση. Λεπτοµέρειες εξόρυξης και ελεγχόµενης κατακρήµνισης οροφής. Σε κοιτάσµατα µέσου ή µεγάλου πάχους ορύσσονται είτε περισσότερες διευθυντικές στοές σε κατάλληλες αποστάσεις είτε ορύσσεται µία διευθυντική στοά που λειτουργεί ως βάση ανάπτυξης ενός συστήµατος εγκαρσίων που καλύπτουν όλο το πάχος του κοιτάσµατος (λ.χ. Σχ β, 5). Από αυτές τις στοές ορύσσονται περιµετρικά ή παράλληλα ανιόντα διατρήµατα. Η ανατίναξη αρχίζει από το πλέον αποµακρυσµένο σηµείο του κοιτάσµατος και υποχωρεί προς την στρώση. 189

190 Κ1 Κοίτασµα ιευθυντική Στοά Κ2 (α) Φορτίο Κοίτασµα Οροφή (β) Σχ Μέθοδος διαδοχικών ορόφων µε κατακρήµνιση για κοιτάσµατα µέσου και µεγάλου πάχους. Κατακόρυφη τοµή κατά την παράταξη και την κλίση του κοιτάσµατος. 190

191 Σχ : ιαχρονική εξέλιξη της µεθόδου των διαδοχικών ορόφων µε κατακρήµνιση. Η διαχρονική εξέλιξη της µεθόδου ιαδοχικών Ορόφων µε Κατακρήµνιση Οροφής ( ΟΚΟ) παρουσιάζεται στο Σχ Φόρτωση - Αποκοµιδή του Μεταλλεύµατος: Η µεταφορά από τα µέτωπα µέχρι τα λούκια µεταλλεύµατος γίνεται µε αυτοκινούµενους φορτωτές (LHD) και κατά αυτόν 191

192 τον τρόπο µπορεί να οριστεί το µέγεθος των ανοιγµατων βάση του ήδη υπάρχοντος εξοπλισµού. Πλεονεκτήµατα - Μειονεκτήµατα της µεθόδου: Τα κύρια πλεονεκτήµατα της µεθόδου είναι: Yψηλός ρυθµός παραγωγής. Υψηλό ποσοστό ανάκτησης. Μέτρια αραίωση. Υψηλή παραγωγικότητα. Τα µειονεκτήµατα της µεθόδου είναι : o Aραίωση του κοιτάσµατος µε το κατακρηµνιζόµενο περιβάλλων πέτρωµα. o Αρκετά έργα προπαρασκευής. Η ΟΚΟ είναι για πολλά χρόνια η κύρια µέθοδος εκµετάλλευσης για τα σιδηροµεταλλέυµατα στη Σουηδία. (α) 192

193 (β) Σχ Οπισθοχωρούσα µέθοδος κατακρήµνισης από πάνω προς τα κάτω παρόµοια µε τη ΟΚΟ άλλά χωρίς να ακολουθεί η κατακρήµνιση του στείρου (OPEN BENCHING METHOD!). 193

194 1.4.2 Μέθοδος Κατακρηµνισης Πατώµατος Αρχή της µεθόδου: Η µέθοδος της κατακρήµνισης πατώµατος (Block Caving Method, Σχ ) µπορεί να θεωρηθεί εξέλιξη της µεθόδου των διαδοχικών ορόφων µε κατακρήµνιση της οροφής, όπου µάλιστα εφαρµόζεται δίνει µικρότερο κόστος εκµετάλλευσης ανά τόνο µεταλλεύµατος από κάθε άλλη µέθοδο εκµετάλλευσης. Χαρακτηριστικά της µεθόδου αυτής είναι ότι απαιτεί υψηλό κεφαλαιουχικό κόστος για τα έργα ανάπτυξης και ότι εφαρµόζεται για υπόγεια µεταλλευτικά έργα µεγάλης κλίµακας. Στην µέθοδο αυτή, το ύψος του ορόφου καλύπτει το ύψος του πατώµατος και µπορεί να φτάσει περισσότερο από 100 m. H κατεύθυνση της εκµετάλλευσης είναι από κάτω προς τα πάνω, καθώς υποσκάπτονται µεγάλα τµήµατα από τη βάση. Η οροφή του µεταλλεύµατος κατακρηµνίζεται προς τις χοάνες απόληψης που ορύσσονται µε περιµετρικά διατρήµατα από τις στοές υποσκαφής, εξαιτίας των µεγάλων βαρυτικών δυνάµεων που επενεργούν. (α) 194

195 (β) 195

196 (γ) 196

197 (δ) Σχ : Τυπικές απόψεις της µεθόδου κατακρήµνισης πατώµατος. Προϋποθέσεις και πεδίο εφαρµογής: Οι προϋποθέσεις εφαρµογής της µεθόδου είναι: Μεγάλη οριζόντια ανάπτυξη του κοιτάσµατος. Μεγάλο πάχος κοιτάσµατος, τουλάχιστον 20 m. Μεγάλη κλίση κοιτάσµατος. Περιβάλλοντα πετρώµατα υψηλών µηχανικών ιδιοτήτων. Περιβάλλοντα πετρώµατα καλής γεωµετρικής ανάπτυξης. Πέτρωµα ικανό να κατακρηµνισθεί µετά την αρχική υποσκαφή. Απουσία προβληµάτων στην επιφάνεια συνδεόµενα µε τα φαινόµενα καθίζησης. Εργασίες προπαρασκευής: Υπάρχουν δύο τρόποι µε τους οποίους καθορίζονται τόσο τα έργα προσπέλασης όσο και τα έργα ανάπτυξης, ανάλογα µε την κλίση της επιφάνειας επαφής υπερκείµενων στείρων και µεταλλεύµατος. Στον ένα τρόπο διατηρείται οριζόντια επαφή µεταξύ µεταλλεύµατος και υπερκείµενου σχηµατισµού (Σχ ), ενώ στον άλλο τρόπο διατηρείται υπο σταθερή γωνία αυτή η διεπιφά- 197

198 Σχ : Μέθοδος κατακρήµνισης πατώµατος. Περίπτωση κεκλιµένης διεπιφάνειας µεταλλεύµατος µε τον υπερκείµενο σχηµατισµό. νεια (Σχ ). Η βασική διαφορά µεταξύ τους είναι ότι στον πρώτο τρόπο η εξόρυξη του κάθε τµήµατος γίνεται ταυτόχρονα σε όλο το επίπεδο της υποσκαφής ενώ στο δεύτερο τρόπο η εξόρυξη µετατωπίζεται σταδιακά παράλληλα της κύριας στοάς µεταφοράς. Σχ : Λεπτοµέρεια των κύριων και βοηθητικών διακλαδούµενων κεκλιµένων. 198

199 Τα έργα προπαρασκευής περιλαµβάνουν την όρυξη των χοάνων Ε (Σχ ), συγκέντρωσης και απόληψης του µεταλλεύµατος µε περιµετρική διάτρηση (ring drilling), την όρυξη οχετών µεταλλεύµατος από τις χοάνες απόληψης µέχρι το επίπεδο εσχάρας, Θ, την δηµιουργία του επίπεδου εσχάρας (Grizzly level), την όρυξη κεκλιµένων Β, που συνδέουν το επίπεδο εσχάρας µε την στοά υποσκαφής. Οι χοάνες ορύσσονται κατά τέτοιο τρόπο ώστε να καλύπτουν όλη την βάση του πατώµατος. Οι εσχάρες χρησιµοποιούνται για την δευτερογενή θραύση µεγάλων τεµαχών που εµποδίζουν την ροή του µεταλλεύµατος προς τις χοάνες απόληψης. Είναι πιθανό, όταν το επιτρέπουν οι ιδιότητες του µεταλλεύµατος να αποφευχθεί η χρήση τους. Εργα ανάπτυξης: Τα έργα ανάπτυξης είναι άµεσα συνδεδεµένα µε τα προπαρασκευαστικά, όπου ορύσσεται και η στοά υποσκαφής εντός του µεταλλεύµατος, κάθετα στην κύρια στοά µεταφοράς που έχει ορυχτεί χαµηλότερα της. Με την διάνοιξη της στοάς υποσκαφής, µε περιµµετρικά διατρήµατα, αρχίζει η κύρια διαδικασία εξόρυξης του µεταλλεύµατος. Φόρτωση - Αποκοµιδή του Μεταλλεύµατος: Τα κύρια µέσα µεταφοράς που χρησιµοποιούνται είναι αυτοκινούµενοι φορτωτές καθώς και βαγόνια. Το θραυσµένο µετάλλευµα καταρίπτεται µέσω της βαρύτητας στις στοές υποσκαφής αποκοµιδής, στη συνέχεια µέσω των κεκλιµένων µεταλλεύµατος στο επίπεδο εσχάρας, όπου πραγµατοποιείται δευτερογενής θραύση του υλικού αν είναι αναγκαίο και τέλος καταλήγει στις χοάνες αποκοµιδής, όπου φορτώνεται και οδηγείται στην κύρια στοά µεταφοράς. Πλεονεκτήµατα - Μειονεκτήµατα της µεθόδου: Τα κύρια πλεονεκτήµατα της µεθόδου είναι (Μούσουλος 1962, Hartman 1987): Eξαιρετικά χαµηλό λειτουργικό κόστος, που επικεντρώνεται κυρίως στα έργα προπαρασκευής. Υψηλός ρυθµός παραγωγής. Η παραγωγική διαδικασία είναι συγκεντρωτική άρα επιτρέπει την σχετικά εύκολη επίβλεψη των εργασιών. Υψηλό ποσοστό ανάκτησης του µεταλλεύµατος Καλές συνθήκες ασφαλείας. Ο φυσικός αερισµός των υπογείων χώρων είναι καλύτερος συγκρινόµενος µε τις άλλες µεθόδους κατακρήµνισης. Τα κύρια µειονεκτήµατα της µεθόδου είναι : 199

200 o Η προετοιµασία των πατωµάτων για κατακρήµνιση απαιτεί µεγάλο χρόνο προπαρασκευής και υψηλό κόστος. o Η µεταβολή του ρυθµού παραγωγής για την αντιµετώπιση αλλαγών στη ζήτηση είναι αρκετά δύσκολη. Το σταµάτηµα της παραγωγής για αρκετό χρόνο µπορεί να οδηγήσει σε απώλεια όλων των έργων ανάπτυξης του υπόψιν τµήµατος. o Υψηλές ανάγκες συντήρησης των κεκλιµένων αποκοµιδής. o Η µέθοδος δεν είναι ευέλικτη, που σηµαίνει ότι όταν αρχίσει η αλλαγή της σε άλλη µέθοδο είναι πολύ δύσκολη. o Υψηλό ποσοστό ανάµιξης µεταλλεύµατος µε στείρο εκ της οροφής Μέθοδος Επιµήκους Μετώπου µε Κατακρήµνιση της Οροφής Αρχή της µεθόδου: Η µέθοδος αυτή (Longwall mining with Caving) είναι µία παραλλαγή της µεθόδου Επιµήκους µετώπου, όπου το στάδιο της υποστήριξης των δηµιουργηµένων ανοιγµάτων γίνεται µε την κατακρήµνιση της οροφής (Σχ ). Σχ : Προοπτική άποψη µεθόδου του επιµήκους µετώπου µε κατακρήµνιση οροφής. 200

201 Προϋποθέσεις και πεδίο εφαρµογής. Οι κύριες προϋποθέσεις εφαρµογής αυτής της µεθόδου είναι: Οριζόντια έως µέσης κλίσεως κοιτάσµατα. Χαµηλής ως µέσης αντοχής µετάλλευµα. Εύκολα κατακρηµνιζόµενη οροφή. Μικρό πάχος κοιτάσµατος. Μεγάλη ανάπτυξη του κοιτάσµατος κατά την οριζόντιο. Η µέθοδος αυτή εφαρµόζεται κατ' εξοχήν σε στρωµατοειδή κοιτάσµατα γαιανθράκων µε εύκολα κατακρηµνιζόµενη οροφή. Εργασίες προπαρασκευής: Οι εργασίες προπαρασκευής είναι οι ίδιες που έχουν περιγραφεί στην µέθοδο Επιµήκους Μετώπου µε λιθογόµωση. Οι όποιες διαφορές εµφανίζονται µεταξύ αυτών των µεθόδων υφίστανται µόνο στο στάδιο της υποστήριξης. Εργα ανάπτυξης: Η εξόρυξη µπορεί να γίνεται είτε µε κατάλληλα άροτρα ή εγκοπτήρες που τροφοδοτούν αλυσιδωτούς µεταφορείς είτε µε την χρήση εκρηκτικών υλών. Η επιλογή της καταλληλότερης µεθόδου εξόρυξης γίνεται µε κριτήρια τις µηχανικές ιδιότητες του υλικού που εξορύσσεται και του επιθυµητού βαθµού µηχανοποίησης της µεθόδου. Το σηµαντικότερο στοιχείο στην φάση της ανάπτυξης αυτής της µεθόδου είναι η διαδικασία προσωρινής υποστήριξης και ελεγχόµενης κατακρήµνισης της οροφής. Ποιο συγκεκριµένα, η κατακρήµνιση επιτυγχάνεται είτε µε την όρυξη και πυροδότηση ανιόντων διατρηµάτων επί της οροφής είτε λόγω χαµηλών αντοχών του υπερκείµενου σχηµατισµού το οποίο αστοχεί µόλις το δηµιουργούµενο κενό λάβει συγκεκριµένες διαστάσεις. Η σωστή επιλογή υποστήριξης επιτρέπει τον σωστό έλεγχο των τάσεων και την αύξηση του συντελεστή ασφαλείας. Η υποστήριξη του ελεύθερου χώρου γίνεται µε διάφορους τρόπους. Η παλαιότερη µέθοδος υποστήριξης στηρίζονταν σε ένα σύστηµα ρυθµιζόµενων υποστηλωµάτων και αρθρωτών δοκών, διαφόρων χαρακτηριστικών. Στις σύγχρονες εκµεταλλεύσεις, η υποστήριξη γίνεται µε µεταλλικές ασπίδες. Συνήθως το σύνολο των µεταλλικών ασπίδων καλείται προχωρούσα ή βηµατίζουσα υδραυλική υποστήριξη και αποτελείται από δύο παράλληλα πλαίσια, τοποθετηµένα επί της στρώσεως, που συνδέονται µε υδραυλικό σύστηµα βηµατισµού. Το κάθε πλαίσιο φέρει δύο υδραυλικά υποστηλώµατα που 201

202 συνδέονται µεταξύ τους στο κάτω µέρος. Στην κορυφή των υποστηλωµάτων βρίσκονται οι αρθρωτές δοκοί στήριξης της οροφής (Σχ ). (α) (β) Σχ (α): Βηµατίζουσα υδραυλική υποστήριξη., β): Εξέλιξη της µεθόδου προσωρινής υποστήλωσης επιµήκων µετώπων που υφίσταται ελεγχόµενη κατακρήµνιση της οροφής των. 202

203 Φόρτωση - Αποκοµιδή του Μεταλλεύµατος: Μετά την διαδικασία της εξόρυξης, το εξορυγµένο υλικό αποθέτεται στο δάπεδο του πατώµατος εργασίας όπου µεταφέρεται µε φορτωτές ή αποξεστήρα (scraper) και απορρίπτεται είτε εντός οχετού µεταφοράς είτε αν είναι εφικτό σε χώρο αποθήκευσης, όπου δευτερογενώς φορτώνεται σε µεταφορική ταινία, καταλήγοντας στην κύρια στοά µεταφοράς. Πλεονεκτήµατα - Μειονεκτήµατα της µεθόδου: Τα κύρια πλεονεκτήµατα αυτής της µεθόδου είναι (Ηartman 1987, Μούσουλος 1962): Μέγιστη ανάπτυξη του πατώµατος κατά την έννοια της κλίσεως. Πολύ χαµηλό κόστος εκµετάλλευσης (ελαχιστοποιείται αν εφαρµοστεί κατακρύµνηση της οροφής αντί για λιθογόµωση). Υψηλή ευστάθεια ανοιγµάτων. Υψηλός ρυθµός παραγωγής. Υψηλό ποσοστό ανάκτησης. Καλές συνθήκες ασφαλείας. Υψηλή µηχανοποίηση. Υψηλός ρυθµός παραγωγής. Τα κύρια µειονεκτήµατα της µεθόδου είναι : o Ελλειψη δυνατότητας διαχωρισµού στείρων ενστρώσεων και χρήσιµου υλικού στο µέτωπο εργασίας. o Σταθερός κύκλος εργασίας, χωρίς την δυνατότητα αλλαγής της διαδοχής των εργασιών. Οποιαδήποτε αλλαγή στον κύκλο εργασίας έχει σοβαρές επιπτώσεις στην παραγωγική διαδικασία Μέθοδος Κοπών κατά Πλάκες από την Κορυφή Aρχή της µεθόδου: Στην µέθοδο αυτή (Τοp Slicing Method), η εξόρυξη πραγµατοποιείται κατά λωρίδες εντός οριζόντιων διαδοχικών πλακών και διενεργείται από το ανώτερο προς το κατώτερο σηµείο του κοιτάσµατος, µε παράλληλη κατακρήµνιση της οροφής (Σχ ). 203

204 Σχ : Τοµή κατά την διεύθυνση (ΑΒ), την κλίση (Γ ), και κάτοψη της µεθόδου κοπών κατά πλάκες. Προϋποθέσεις και πεδίο εφαρµογής: Οι προυποθέσεις εφαρµογής της µεθόδου είναι : Μεγάλου πάχους κοιτάσµατα. Κοιτάσµατα µε µεγάλη οριζόντια ανάπτυξη. Κοιτάσµατα µε πολύ πλούσιο µετάλλευµα. Εύκολα κατακρηµνιζόµενη οροφή. Οποιαδήποτε κλίση κοιτάσµατος. Γεωµετρικά οµαλές παρυφές. Μετάλλευµα µέτριας αντοχής. Απουσία φαινοµένων καθίζησης της επιφανείας. Ύπαρξη µεγάλης ποσότητας ξυλείας. Εργασίες προπαρασκευής: Με τις κεντρικές προσπελάσεις, το κοίτασµα διαιρείται σε πατώµατα και τµήµατα µε την όρυξη δύο διευθυντικών στοών Α που συνδέονται µέσω κεκλιµένων Β (Σχ ). Αν το πάχος του κοιτάσµατος είναι σηµαντικό, τότε ορύσσονται δύο ή περισσότερες διευθυντικές στοές παράλληλες µεταξύ τους. 204

205 Έργα ανάπτυξης: Η φορά εκµετάλλευσης είναι από πάνω προς τα κάτω. Πoιo συγκεκριµένα, από την κορυφή του πατώµατος, ορίζεται πλάκα πάχους 2 έως 3 m, Π1 (Σχ ). H εξόρυξη της πλάκας γίνεται κατά λουρίδες και κάθετα προς τις παρυφές, µε την όρυξη εγκαρσίων, µε φορά κατεύθυνσης του µετώπου προς το κεκλιµένο Β. Μετά την εξόρυξη του εγκαρσίου ακολουθεί υποστήριξη του δαπέδου µε ξυλεία και υποστύλωση του και ορύσσεται, µετά την κατακρύµνιση της οροφής, νέο εγκαρσιο δίπλα στο ήδη εξορυγµένο επαναλαµβάνοντας την προηγούµενη διαδικασία. Με την εξόφληση της υπερκείµενης πλάκας επαναλαµβάνεται η παραπάνω διαδικασία µε τρόπο τέτοιο ώστε τα νέα εγκάρσια να έχουν οροφή το τεχνητό δάπεδο της υπερκείµενης πλάκας. Φόρτωση - Αποκοµιδή του Μεταλλεύµατος: Η φόρτωση και µεταφορά του µεταλλεύµατος γίνεται µε την χρήση αποξεστήρα, ο οποίος µεταφέρει το θραυσµένο υλικό στο κεκλιµένο Β, όπου του µετάλλευµα καταπίπτει στην κατώτερη διευθυντική στοά βάσης. Ανάλογα µε τις διαστάσεις τις πλάκας και το εύρος του µετώπου είναι δυνατόν να χρησιµοποιηθούν δύο αποξεστήρες σε κάθε πλάκα. Πλεονεκτήµατα - Μειονεκτήµατα της µεθόδου: Τα πλεονεκτήµατα της µεθόδου είναι : Υψηλός συντελεστής ασφάλειας. Χαµηλή αραίωση. Σχετικά υψηλός ρυθµός παραγωγής. Υψηλός βαθµός αποληψιµότητας. Τα µειονεκτήµατα της µεθόδου είναι : o Ελλειπής αερισµός. o Υψηλή κατανάλωση ξυλείας, που αυξάνει ανάλογα το λειτουργικό κόστος. o Μεγάλη έκταση προπαρασκευαστικών έργων. o Σχετικά χαµηλό ποσοστό µηχανοποίησης. 205

206 Βιβλιογραφία 2 ου κεφαλαίου 1. Grussard, L. (1911). Exploitation des mines. Paris, Octave Doin et Fils (Editors). 2. Peele, R. and Church, J.A (1944). Minning Engineers Handbook. Vol. I, 3 rd Edition. John Wiley & Sons, Inc., New York. 3. Μούσουλος, Λ. (1962). Μέθοδοι Εκµεταλλεύσεως των Μεταλλευτικών Κοιτασµάτων. Α Εκδοση, Αθήνα. 4. Cummins, A.B and Given, I.A. (1973). SME Mining Engineering Handbook. Vol. 1. New York. 5. Granholm, S. (1983). Minning with backfill. A.A Balkema, Rotterdam. 6. Brady, B.H.G and Brown, E.T (1993). Rock Mechanics for Underground Mining. 2 nd Edition, Chapman & Hall. 7. Oberndorfer, T. (1993). Computer aided Mining Method Deusion. Vol. 1, Leoben, Austria. 8. Τσουτρέλης, Χ. (1983). Σηµειώσεις των παραδόσεων «Μέθοδοι Υπογείων Εκµεταλλεύσεων», 9 ο εξ. Μεταλλειολόγων Μηχ. Ε.Μ.Π. 206

207 Kεφάλαιο 3 Μεταλλευτική Γεωµηχανική Ταξινόµηση της Μάζας του Πετρώµατος (MRMR) 207

208 Βασικές αρχές Ενα σύστηµα ταξινόµησης της βραχοµάζας που έχει στόχο τον έλεγχο των περιβαλλόντων πετρωµάτων γύρω από εκσκαφές πρέπει να είναι : α) απλό και κατανοητό, β) να έχει πρακτική εφαρµογή έτσι ώστε να µπορεί να προσαρµοστεί στις συνήθεις µεταλλευτικές γεωλογικές µηχανικές συνθήκες, γ) να χρησιµοποιείται για τον µεταλλευτικό σχεδιασµό και δ) να είναι τυποποιηµένο. Οι τεχνικές υψηλού επιπέδου µηχανικής ανάλυσης µαζών πετρωµάτων (λ.χ πεπερασµένα στοιχεία, επί τόπου µετρήσεις τάσεων ή παραµορφώσεων) είναι χρονοβόρες, τα περισσότερα µεταλλεία δεν µπορούν να τις υποστηρίξουν, και απαιτούν πολύπλοκες βάσεις δεδοµένων για τον µεταλλευτικό σχεδιασµό και την παραγωγική διαδικασία. Από την άλλη πλευρά η προσέγγιση που υιοθετείται στα συστήµατα ταξινόµησης βραχοµάζας είναι η κατάλληλη βαθµονόµηση αυτής µε βάση επί τόπου εκτιµήσεις βασισµένες σε µετρήσιµες γεωλογικές παραµέτρους. Κάθε γεωλογική παράµετρος αξιολογείται ανάλογα µε την σηµασία της και αντιστοιχίζεται σε κάποιο µέγιστο βαθµό έτσι ώστε το σύνολο όλων των παραµέτρων να δίνει µέγιστη τιµή 100. Αυτή η βαθµολόγηση επαναθεωρείται σε κανονικά διαστήµατα στην εφαρµογή του συστήµατος και δεχόµαστε ότι είναι όσο το δυνατόν ακριβής. Το διάστηµα από χρησιµοποιείται για να εξασφαλίσουµε όλες τις αποκλίσεις ποιοτήτων σε ασυνεχών µαζών πετρωµάτων από πολύ πτωχές ως πολύ καλές (100). Η ταξινόµηση διαιρείται σε πέντε κλάσεις µε διάστηµα για κάθε κλάση ίσο µε 20 και ανάλογα µε τη λεπτοµέρεια που απαιτείται σε κατάλληλες υποδιαιρέσεις (Πιν.3.1). Πίνακας 3.1: Σηµασία των ευρών των βαθµονοµήσεων Τάξη 1A - 1B 2A - 2B 3A - 3B 4A - 4B 5A - 5B Βαθµονόµηση Ποιότητα Πολύ καλή Καλή Μέτρια Πτωχή Πολύ πτωχή Βραχοµάζας Χρώµα Μπλέ Πράσινο Κίτρινο Καφέ Κόκκινο Συνήθως χρησιµοποιείται έγχρωµη απεικόνιση για να τονίσει τις κλάσεις σε κάτοψη και τοµή. Η ονοµασία της κλάσης είναι για γενική χρήση, και τα διαστήµατα µπορούν να χρησιµοποιηθούν για σχεδιαστικούς σκοπούς. 208

209 II V I IV III Σχήµα 3.1: Μέθοδος των έγχρωµων απεικονίσεων για τον τονισµό των κλάσεων σε κάτοψη και τοµή: κλάση 1 - µπλέ, κλάση 2 πράσινο, κλάση 3 κίτρινο, κλάση 4 καφέ, κλάση 5 κόκκινο. Η ονοµασία της κλάσης είναι για γενική χρήση, και βαθµονόµηση. Κάθε βαθµός εκφράζει πρακτικά τη συγκριτική αντοχή της βραχοµάζας. Η ακρίβεια της ταξινόµησης εξαρτάται από τη δειγµατοληψία της περιοχής που ερευνάται. Η ορολογία (προκαταρτική, µέση, και τελική) µπορεί να εφαρµοστεί σε εκτιµήσεις για να καθορίσει την πρόοδο των διατρήσεων και των έργων ανάπτυξης του µεταλλείου. Είναι απαραίτητο τα δεδοµένα της ταξινόµησης να γίνονται διαθέσιµα σε πρώιµο στάδιο, ώστε να έχουµε σωστές αποφάσεις για την µέθοδο εκµετάλλευσης, την διάταξη της και τα απαιτούµενα µέτρα υποστήριξης. Για να προβλέψουµε πως θα συµπεριφερθεί η βραχοµάζα στο µεταλλευτικό περιβάλλον, το προυπάρχον σύστηµα RMR (Rock Mass Rating βλ. Εξαδάκτυλος και Σταυροπούλου, 2000) επεκτάθηκε έτσι ώστε να λαµβάνεται υπόψιν η αποσάθρωση του πετρώµατος, οι επαγόµενες τάσεις κατά την εκµετάλλευση, ο προσανατολισµός των ασυνεχειών και οι επιδράσεις στο περιβάλλον πέτρωµα λόγω ανατινάξεων. Το επεκταθέν αυτό σύστηµα ταξινόµησης καλείται Μεταλλευτικό Σύστηµα Ταξινόµησης Μάζας πετρώµατος (MRMR, Mining Rock Mass Rating). 209

210 Είναι επίσης πιθανό να χρησιµοποιηθεί το νέο σύστηµα ταξινόµησης για να καθορισθεί µια εµπειρική αντοχή βραχοµάζας εκφρασµένη σε MPa. Η επί τόπου αντοχή της βραχοµάζας (RMS, Rock Mass Strength) µπορεί να επεκταθεί, όπως παραπάνω, ώστε να δώσει την Αντοχή Σχεδιασµού της Βραχοµάζας για σχεδιασµό υπόγειων εκσκαφών (DRMS, Design Rock Mass Strength). Αυτός ο δείκτης είναι εξαιρετικά χρήσιµος σε σχέση µε το περιβάλλον τάσεων και χρησιµοποιείται για µαθηµατική µοντελοποίηση των πετρωµάτων που περιβάλλουν υπόγειες εξορύξεις. Το σύστηµα ταξινόµησης είναι ευέλικτο και το RMR, ΜRMR καθώς και η τιµή της αντοχής σχεδιασµού της βραχοµάζας (DRMS) εξασφαλίζουν σωστές προδιαγραφές για τους σκοπούς του µεταλλευτικού σχεδιασµού. Εν τούτοις, σε µερικές περιπτώσεις µια περισσότερο λεπτοµερής διερεύνηση είναι απαραίτητη. Είναι γεγονός ότι οι µέσες τιµές των παραπάνω δεικτών µπορούν να παραπλανήσουν, εποµένως οι περιοχές αδυναµίας της βραχοµάζας πρέπει να χαρακτηρίζονται ξεχωριστά, εφόσον αυτές µπορεί να καθορίζουν την µηχανική συµπεριφορά όλης της βραχοµάζας. Λόγου χάριν µικρού πάχους επίπεδα αδυναµίας της βραχοµάζας (ρήγµατα, ζώνες ολίσθησης κ.λ.π) που συνεχίζουν πέρα από το µέτωπο ή το στύλο πετρώµατος πρέπει να ταυτοποιηθούν και να βαθµολογηθούν ξεχωριστά. Μια σηµαντική παράµετρος για την ανάπτυξη του συστήµατος ταξινόµησης είναι ότι µπορούν να αποτιµηθούν εκτεθειµένες επιφάνειες βράχου τόσο καλά όσο και τα δείγµατα πυρήνων από γεωτρήσεις. Οι γεωλογικές παράµετροι που πρέπει να ποσοτικοποιηθούν είναι: Αντοχή άρρηκτου πετρώµατος Ρωγµές / απόσταση µεταξύ των ασυνεχειών και Φυσική κατάσταση ρωγµής / παρουσία υδάτων Αυτές οι παράµετροι και οι σχετικές αξιολογήσεις τους παρουσιάζονται στους Πιν. 3.5α και 3.5β. Πριν γίνει η ταξινόµηση, το δείγµα πυρήνα ή η επιφάνεια βραχοµάζας εξετάζεται και υποδιαιρείται σε ζώνες µε παρόµοια χαρακτηριστικά ασυνεχειών. Οι βαθµονοµήσεις εφαρµόζονται σε αυτές τις ζώνες. Οι επιφάνειες βράχου και τα δείγµατα πυρήνα µπορούν να ταξινοµηθούν, αλλά µια µικρή απόκλιση στην τεχνική όταν εφαρµόζεται στην µία ή στην άλλη περίπτωση είναι απαραίτητη. 210

211 Ταξινόµηση πυρήνων και εκτεθειµένων επιφανειών πετρώµατος Η κύρια διαφορά µεταξύ ταξινόµησης πυρήνων γεωτρήσεων και φυσικών ή τεχνητών επιφανειών του πετρώµατος είναι αυτή της κλίµακος. Σε µια στοά µπορεί να γίνει κατά µια έννοια η βασική διάκριση µεταξύ ρωγµών και διακλάσεων και οι επιφάνειες των διακλάσεων µπορούν να µελετηθούν σε µεγαλύτερη κλίµακα. Στην περίπτωση των δειγµάτων πυρήνα, βέβαια αποτελέσµατα µπορούν να εξαχθούν όταν η γεώτρηση έχει γίνει σε περιοχές που είναι διαθέσιµες επιφανειακές και υπόγειες αποκαλύψεις. Αν οι αποκαλύψεις αυτές δεν είναι διαθέσιµες τότε εφαρµόζεται µια παραδοσιακή προσέγγιση, π.χ δεχόµαστε τρείς οικογένειες διακλάσεων. Α. Ασυνέχειες µεγάλης επιµονής Β. Μικρή επιµονή που προκαλείται από "ασυνεχείς" διακλάσεις Γ. Ξεχωριστές ασυνέχειες µικρής επιµονής Σχήµα 3.2: Ίχνη που παράγονται από µια οικογένεια ασυνεχειών µεγάλης ή µικρής επιµονής (persistence) κατά την τοµή της σε ορισµένο επίπεδο. Στην πράξη οι ασυνέχειες µπορεί να µην παρουσιάζουν επιµονή (Σχ. 3.2Α) σε σχέση µε το µέγεθος της περιοχής δειγµατοληψίας είτε γιατί τα ίχνη των ασυνεχειών είναι µεν στο ίδιο επίπεδο αλλά παρεµβάλλονται τµήµατα άρρηκτου πετρώµατος (Σχ. 3.2Β) είτε γιατί κάθε ίχνος ασυνεχειών βρίσκεται σε ξεχωριστό επίπεδο και έχει περιορισµένο µήκος (Σχ. 3.2Γ). 211

212 Πτωχό πέτρωµα % Μέσο IRS ως ποσοστό % του IRS του καλού πετρώµατος Σχήµα 3.3: Εκτίµηση του µέσου IRS της βραχοµάζας ανάλογα µε το ποσοστό της πτωχής µάζας πετρώµατος στον συνολικό υπό εξέταση όγκο και του IRS της πτωχής και της καλής ποιότητας της βραχοµάζας. Αντοχή αρρήκτου πετρώµατος (IRS) IRS (Intact Rock Strength) είναι η ανεµπόδιστη θλιπτική αντοχή του άρρηκτου πετρώµατος µεταξύ των διακλάσεων και των ρωγµών. Είναι σηµαντικό να σηµειώσουµε ότι οι πυρήνες που επιλέγονται για την εκτέλεση των δοκιµών αυτών προέρχονται κατά το δυνατόν από εκείνα τα τµήµατα πετρώµατος µε την µεγαλύτερη µηχανική αντοχή του. Άρα οι δοκιµές αυτές δεν ανταποκρίνονται απαραίτητα στις µέσες τιµές της αντοχής του άρρηκτου πετρώµατος. Το IRS σε µια ορισµένη ζώνη πετρώµατος µπορεί να επηρεάζεται από την παρουσία µαλακού ή σκληρού άρρηκτου πετρώµατος, το οποίο µπορεί να υπάρχει σε στρωσιγενή κοιτάσµατα καθώς και σε κοιτάσµατα που πoικίλουν ορυκτολογικά (λ.χ. ασβεστολιθικοί δολοµίτες, δολοµιτικοί ασβεστόλιθοι κ.λπ.). Έτσι αντιστοιχίζεται µια µέση τιµή στο τµήµα του υπό µελέτη πετρώµατος στη βάση ότι το αδύναµο πέτρωµα έχει µια µεγαλύτερη επιρροή στη µέση τιµή. Η σχέση είναι µη γραµµική και οι µεταβλητές µπορούν να βρεθούν από το εµπειρικό διάγραµµα. 212

213 Το διάστηµα αξιολόγησης είναι από 0 20 και παρέχει στα δείγµατα ένα εύρος µηχανικής αντοχής από 0 ως 180 MPa. Το ανώτατο όριο είναι 185 MPa και έχει επιλεγεί γιατί οι µεταβλητές του IRS µεγαλύτερες από αυτό έχουν µικρή επίδραση στην µηχανική αντοχή στις βραχοµάζες µε διακλάσεις. Παράδειγµα: Έστω ότι το καλό πέτρωµα έχει IRS = 100 MPa και το πτωχό πέτρωµα IRS = 20 MPa. Άρα ( IRS αδύνατου πετρώµατος / IRS σκληρού πετρώµατος )* 100 = 20 % Επίσης έστω ότι το ποσοστό παρουσίας του πτωχού πετρώµατος στη βραχοµάζα είναι 45%. Άρα από το διάγραµµα του (Σχ. 3.3) βρίσκουµε το µέσο IRS: IRS= 37% x 100MPa = 37MPa. Αποστάσεις ρωγµών και διακλάσεων (RQD + JS ή FF) Οι µετρήσεις αυτές αφορούν ασυνέχειες που δεν είναι πληρωµένες µε συνδετικό υλικό. Έχουν προταθεί δύο τεχνικές για την εκτίµηση αυτής της παράµετρου: 1. Η πιο λεπτοµερής τεχνική είναι η µέτρηση του είκτη Ποιότητας Πετρώµατος (RQD) και των αποστάσεων µεταξύ των διακλάσεων (JS) ξεχωριστά, ενώ οι µέγιστες διαβαθµίσεις είναι 15 και 25 αντίστοιχα. 2. Η άλλη τεχνική είναι να µετρήσουµε όλες τις ασυνέχειες και να αποτυπώσουµε αυτές ως συχνότητα ασυνεχειών ανά µέτρο (Fracrure Frequency, FF m -1 ) (βλ. παρακάτω σχήµα) µε µια µέγιστη διαβάθµιση ως 40, δηλαδή το άθροισµα των βαθµών 15 και

214 Kατανοµές αποστάσεων µεταξύ των ασυνεχειών (Priest & Hudson, 1986) είκτης ποιότητας πετρώµατος (RQD) Για τον προσδιορισµό του RQD µετρώνται τα µήκη πυρήνων που είναι µεγαλύτερα από 100 mm, το RQD ορίζεται ως εξής: RQD = ((Συνολικό µήκος πυρήνων µε µήκος µεγαλύτερο από 100 mm)/ Συνολικό µήκος δειγµατοληψίας) * 100 Μόνο πυρήνες διαµέτρου τουλάχιστον BXM (διάµετρος 42 mm) µπορούν να χρησιµοποιηθούν για την µέτρηση αυτού του δείκτη πετρώµατος. Είναι επίσης βασικό ότι οι γεωτρήσεις και η δειγµατοληψία πρέπει να υπακούει σε υψηλή τυποποίηση. Η διεύθυνση των διακλάσεων σε σχέση µε αυτήν της γραµµής σάρωσης ή της γεώτρησης δειγµατοληψίας είναι σηµαντική, γιατί αν µια γραµµή σάρωσης είναι κάθετη προς τις ασυνέχειες των οποίων η µέση απόσταση είναι 90 mm, τότε το RQD είναι 0% ενώ αν η γεώτρηση έχει γίνει µε µια κλίση 40 ο τότε το διάστηµα µεταξύ των ίδιων ρωγµών θα είναι 137 mm, και το RQD θα είναι 100%. Αν και αυτό είναι 214

215 προφανώς λάθος, είναι βασικό το µήκος της γραµµής σάρωσης να υπερβαίνει τα 100 mm σε µήκος όπως προαναφέρθηκε για 40 ο κλίση της γεώτρησης µπορεί το δείγµα πυρήνα να είναι 90 mm και το RQD 0%. Λόγου χάριν ας θεωρηθεί µια οικογένεια παράλληλων επίπεδων ασυνεχειών µεγάλης επιµονής που διασχίζει τη µάζα του πετρώµατος (Σχ.3.4), ότι η γραµµή σάρωσης σχηµατίζει γωνία α µε την κάθετο σε αυτές τις ασυνέχειες. Τότε όπως άλλωστε φαίνεται στο Σχ. 3.4 η µετρούµενη απόσταση µεταξύ των διαδοχικών ασυνεχειών(φαινοµενική) θα είναι x/cosα ενώ η πραγµατική θα είναι x. Γραµµή Σάρωσης Ασυνέχειες Σχ. 3.4: Γραµµή Σάρωσης (λ.χ. µετροταινία ή γεώτρηση) που σχηµατίζει γωνία α ως προς την κάθετο στις ασυνέχειες µιας δεδοµένης οικογένειας. Το µήκος του πυρήνα που χρησιµοποιείται στους υπολογισµούς υπολογίζεται από την απόσταση µεταξύ των ρωγµών κατά µήκος του άξονα του πυρήνα. Για να προσδιορίσουµε το RQD εκτεθειµένων επιφανειών πετρώµατος, η γραµµή σάρωσης ή δειγµατοληψίας (scanline) πρέπει να θεωρηθεί ότι προσοµοιάζει µε δειγµατοληπτική γεώτρηση και να προσεχθούν τα ακόλουθα σηµεία: 1. Είναι απαραίτητη προηγούµενη εµπειρία στον προσδιορισµό του RQD από δείγµατα πυρήνων γεωτρήσεων. 215

216 2. εν πρέπει να λαµβάνονται υπόψιν οι ρωγµές λόγω ανατινάξεων. 3. Αδύναµα επίπεδα στρώσης συνήθως δεν θραύονται κατά την διαδικασία της γεώτρησης και απόληψης του πυρήνα. 4. Παρατήρηση του απέναντι τοιχώµατος της στοάς για την εκτίµηση του βαθµού ασυνέχειας των διακλάσεων (βλ. Σχ. 3.2). 5. Ζώνες διάτµησης µεγαλύτερες από 1m πρέπει να ταξινοµούνται ξεχωριστά. ιόρθωση του συνολικού πιθανού βαθµού των 25 Απόσταση των ασυνεχειών (m) Σχ. 3.5: Καθορισµός των αποστάσεων των ασυνεχειών Αποστάσεις µεταξύ διακλάσεων (JS) Γίνεται η παραδοχή για παρουσία τριών οικογενειών διακλάσεων εφόσον αυτός είναι ο µικρότερος αριθµός για να αποµονωθούν ογκοτεµάχια πετρώµατος. Εκεί όπου υπάρχουν 4 ή περισσότερα συστήµατα διακλάσεων, θεωρούνται τα 3 πυκνότερα συστήµατα. Το αρχικό διάγραµµα για τον καθορισµό του βαθµού JS έχει αντικατασταθεί από ένα προτεινόµενο από τον Taylor (Σχ. 3.5). Από το διάγραµµα του Σχ.3.5 είναι δυνατό να εξαχθούν οι αντίστοιχοι βαθµοί για ένα, δύο και 3 συστήµατα ασυνεχειών. 216

217 Παράδειγµα 1. Μια οικογένεια διακλάσεων µε µέση απόσταση 0.5m = Α, Βαθµός = 0.88 x 25 = ύο οικογένειες µε µέση απόσταση 0.5m, 1m = B + C, Βαθµός = 0.81 x 0.86 x 25 = Τρείς οικογένειες µε µέση απόσταση 0.5m, 1m και 3m = D, E και F, Βαθµός = 0.74 x 0.80 x 0.93 x 25 = 14. Πίνακας 3.2: ιαδικασίες δειγµατοληψίας και οι σχετικοί συντελεστές βαρύτητας Τρόπος δειγµατοληψίας (α) : Μια οικογένεια από σύνολο τριών οικογενειών σε µια γραµµή δειγµατοληψίας, ή µόνο µια οικογένεια (β) : ύο οικογένειες από σύνολο τριών οικογενειών σε µια γραµµή δειγµατοληψίας, ή δύο µόνο οικογένειες. (γ) : Όλες οι οικογένειες τέµνονται από την µετροταινία ή την γεώτρηση (δ) : ύο οικογένειες τέµνονται από µια γραµµή δειγµατοληψίας και µία από άλλη γραµµή (ε) Τρείς οικογένειες τέµνονται από τρείς γραµµές δειγµατοληψίας οι οποίες σχηµατίζουν µεταξύ τους ορθές γωνίες Συντελεστής Συχνότητα ασυνεχειών (FF, m -1 ) Αυτό το φαινοµενικά απλό σύστηµα ταξινόµησης που βασίζεται στον αριθµό ασυνεχειών ανά τρέχον µέτρο απαιτεί τις µετρήσεις για όλες τις ασυνέχειες που τέµνονται από την γραµµή δειγµατοληψίας. Είναι σηµαντικό να προκαθορισθεί αν έχει γίνει δειγµατοληψία από ένα ή δύο ή τρία συστήµατα διακλάσεων. Για το ίδιο FF (m -1 ) µια οµάδα διακλάσεων της βραχοµάζας είναι ισχυρότερη από δύο οµάδες οι οποίες είναι ισχυρότερες από τρείς οµάδες κλπ. Η βαθµονόµηση φαίνεται στον Πιν. 3.5α κάνοντας πρόβλεψη για διαφορετικά επίπεδα διακλάσεων. 217

218 Στην περίπτωση δείγµατος πυρηνοληψίας είναι επίσης απαραίτητο να ξέρου- µε αν τέµνονται 1 ή 2 συστήµατα διακλάσεων από 3 επίπεδα διακλάσεων. Οι υπόγειες µετρήσεις της συχνότητας των ασυνεχειών γίνονται στις παρυφές και την οροφή των µετώπων/εγκαρσίων/διευθυντικών στοών. Εφαρµόζονται οι ακόλουθες µεθόδοι: 1. Αν όλες οι ασυνέχειες εµφανίζονται στις παρυφές τότε ερευνάται αν τέµνουν µια οριζόντια γραµµή δειγµατοληψίας. 2. Αν όλες δεν τέµνουν την οριζόντια γραµµή δειγµατοληψίας είναι απαραίτητο να γίνουν µετρήσεις σε µια κατακόρυφη γραµµή. 3. Αν µια οµάδα ασυνεχειών είναι παράλληλο µε τις παρυφές τότε αυτές πρέπει να µετρηθούν σε µια γραµµή στην οροφή της στοάς σε ορθή γωνία ως προς τα τοιχώµατα. Αυτή η αλληλοσυγκρουόµενη κατάσταση από διαφορετικές διαδικασίες δειγµατοληψίας µπορεί να επιλυθεί διαιρώντας το σύνολο των µετρήσεων µε ένα συντελεστή ώστε να ληφθεί µια µέση συχνότητα, όπως φαίνεται στον Πιν Αυτό µπορεί να εκτιµηθεί αν οι πλευρές του κύβου έχουν υποστεί δειγµατοληψία κατά την έννοια διαφορετικών γραµµών δειγµατοληψίας. εν πρέπει να δοθεί µεγάλη έµφαση στην ανάγκη για ακριβή δειγµατοληψία. Συχνά γίνονται λεπτοµερείς µετρήσεις κατά µήκος µετροταινιών στις παρυφές στοών οι οποίες δεν τέµνουν όλες τις ασυνέχειες. Προκειµένου να µειώσουµε τα σφάλµατα των µετρήσεων η αποτύπωση πρέπει να γίνει πάνω σε τρείς γραµµές σάρωσης που τέµνονται µε ορθές γωνίες µεταξύ τους, π.χ. διακλάσεις µε παράταξη παράλληλη προς τις παρυφές µιας στοάς και µε κλίση µικρότερη από 45 ο µπορούν να αποτυπωθούν σε κατακόρυφες γραµµές προς στις παρυφές των σκληρών. ιακλάσεις µε παράταξη µεγαλύτερη των 45 ο ως προς τις παρυφές µπορούν να αποτυπωθούν µε οριζόντιες γραµµές στις παρυφές. ιακλάσεις µε κλίσεις µεγαλύτερες από 45 ο και παράταξη µεγαλύτερη από 45 ο ως προς τις παρυφές µπορούν να µετρηθούν σε µια γραµµή που σχηµατίζει ορθή γωνία µε τις παρυφές. Όταν επικρατούν διασταυρώσεις εγκαρσίων µε διευθυντικές στοές τότε µπορούν να γίνουν σφάλµατα µετρήσεων δίνοντας περισσότερη έµφαση σε εκείνες τις ασυνέχειες που τέµνουν τις διευθυντικές στοές µε µια µεγάλη γωνία. Όταν οι γεωτρήσεις ή γραµµές σάρωσης δεν τέµνουν όλες τις ασυνέχειες σε 45 ο θα υπάρχουν σφάλµατα δειγµατοληψίας εκτός αν η γωνία τοµής µπορεί να µετρηθεί και υπολογίζονται οι πραγµατικές αποστάσεις µεταξύ των ασυνεχειών. 218

219 Η µέση τιµή ανά µέτρο χρησιµοποιείται στον Πιν. 3.5α για τον υπολογισµό του βαθµού. Ο αντίστροφος αυτού του αριθµού δίνει ένα µέσο διάστηµα των ασυνεχειών. Τα δεδοµένα από τους Πιν. 3.1, 3.5α µπορούν να χρησιµοποιηθούν µόνο αν οι αποστάσεις µεταξύ των διακλάσεων είναι ίσες για όλες τις οικογένειες των ασυνεχειών. Το σχήµα 3.6 δείχνει την σχέση µεταξύ του FF (m -1 ) και των βαθµονοµήσεων για διαφορετικών τεχνικών δειγµατοληψίας όπως γεωτρήσεις ή τοιχώµατα υπόγειων εκσκαφών που έχουν διορθωθεί έτσι ώστε να αντιστοιχούν σε µια µέση απόσταση (Πιν. 3.3). Πίνακας 3.3 Συνέχεια των ρωγµών (%) Σταθµισµένη συχνότητα ασυνεχειών (FF m -1 ) Επειδή η συχνότητα των ρωγµών ανά µέτρο περιλαµβάνει ασυνέχειες µεγάλης επιµονής (διακλάσεις) αλλά και ασυνεχής (ρωγµές) είναι απαραίτητο να εκτιµηθεί η συνέχεια (επιµονή) για να καταλήξουµε σε µια µέση απόσταση διακλάσεων και µεγέθους ογκοτεµαχίων πετρώµατος. (Σχ. 3.7). Έτσι το FF (m -1 ) θα δίνει την ποιότητα της βραχοµάζας αλλά θα πρέπει να διορθωθεί κατάλληλα ώστε να δώσει διακλάσεις/µέτρο (Βλ. Πιν 3.3). Επειδή το FF (m -1 ) δεν λαµβάνει υπόψιν το ποσοστό ανάκτησης πυρήνα, θα πρέπει να αυξηθεί αν υπάρχει απώλεια πυρήνα γιατί αυτή µπορεί να λαµβάνει χώρα σε κατακερµατισµένες περιοχές της γεώτρησης. Η διόρθωση έχει γίνει στον (Πιν. 3.3) διαιρώντας το FF µε την ανάκτηση πυρήνα και πολλαπλασιάζοντας το αποτέλεσµα µε το

220 Σχ.3.6: Βαθµονοµήσεις για FF -1 A Γεώτρηση που διασχίζει µια οικογένεια ή µέση απόσταση B Γεώτρηση που διασχίζει δύο οικογένειες ασυνεχειών C Γεώτρηση που διασχίζει όλες τις οικογένειες ανάλογα µε την επιµονή αυτών Σχ. 3.7: Νοµόγραµµα υπολογισµού της µέσης απόστασης µεταξύ ασυνεχειών Σύγκριση των RQD, JS, και FF 220

221 Τα πλεονεκτήµατα της περιγραφής της ποιότητας της βραχοµάζας µε την τεχνική FF m -1 είναι ότι είναι περισσότερη ευαίσθητη για µεγάλο φάσµα αποστάσεων µεταξύ των διακλάσεων, ενώ το RQD µετρά µόνο πυρήνες µικρότερους από 100 mm και µεταβάλλεται γρήγορα ως το 100%. (για παράδειγµα, δείτε τον Πίν. 3.4) Πίνακας 3.4: Σύγκριση των τεχνικών RQD, JS, και FF Απόσταση RQD Βαθµονοµήσεις Συνδυασµός Βαθµονοµήσεις Παρατηρήσεις ασυνεχειών (m) (JS) ( FF, 1/m) Γίνεται παραδοχή ότι α% του πυρήνα µήκους < 100 mm οφείλεται στις αλληλοτοµές των διακλάσεων Η τεχνική συχνότητας ρωγµών (FF) χρησιµοποιήθηκε πρώτη φορά στην Χιλή το 1985 και κατόπιν στον Καναδά το Στην Ζιµπάµπουε, η µέτρηση FF (m -1 ) χρησιµοποιήθηκε σε συνδυασµό µε τις µετρήσεις RQD και JS και βρέθηκε ότι είναι το ίδιο ακριβής όπως και οι δύο τελευταίοι δύο τελευταίες. 221

222 Πίνακας 3.5α: Παράµετροι σχεδιασµού και αντίστοιχες βαθµονοµήσεις Συχνότητα Ασυνεχειών (FF m -1 ) IRS Βαθµονόµηση RQD Βαθµονόµηση Απόσταση Μέση Βαθµονοµήσεις (MPa) (%) Ασυνεχειών συχνότητα ασυνεχειών (m -1 ) Οικογένεια 1 Οικογένεια 2 Οικογένεια 3 > Βλ. Σχ

223 Πίνακας 3.5β: Εκτίµηση της κατάστασης των παρειών των ασυνεχειών ιόρθωση (%) Περιγραφή Ξηρό Υγρασία Μέτρια πίεση ( min -1 ) Υψηλή πίεση (> 125 1min -1 ) A Μεγάλη εµφάνιση ασυνεχειών Κυµατοειδής προς όλες τις διευθύνσεις Κυµατοειδής Μία κατεύθυνση Καµπυλόγραµµες Ελαφρά κυµαινόµενη Ευθύγραµµες Β Μικρή εµφάνιση ασυνεχειών (200 mm x200 mm) Τραχείες κλιµακωτές/ακανόνιστες Λείες κλιµακωτές Κλιµακωτές Τραχείες Λείες Λείες

224 Τραχείες επίπεδες Λείες επίπεδες Στιλβωµένες C Τοίχωµα διάκλασης Η εξαλοίωση των τοιχωµάτων των ασυνεχειών είναι µικρότερη αυτής του άρρηκτου πετρώµατος D Υλικό πλήρωσης των ασυνεχειών Μη µαλακό κα διατµηµένο υλικό Χονδροµερές Μέτριο Ψιλοµερές Μαλακό διατµηµένο υλικό και Χονδροµερές Μέτριο Ψιλοµερές Πάχος πλήρωσης < πλάτος τραχύτητας Πάχος πλήρωσης > πλάτος τραχύτητας Κατάσταση των παρειών των διακλάσεων και υπόγεια νερά (JG) Η µελέτη της κατάστασης των παρειών των ασυνεχειών αφορά την ποσοτικοποίηση των ιδιοτήτων τριβής των διακλάσεων και βασίζεται στις ιδιότητες των παρειών των ασυνεχειών, την παρουσία ζωνών εξαλλοίωσης, το υλικό πλήρωσης των ασυνεχειών και την παρουσία νερού. Η κατάσταση των ασυνεχειών µπορεί να δώσει µια συνολική διαβάθµιση ως το 40 περιλαµβάνεται σε αυτή την ενότητα. Η διαδικασία για την ποσοτικοποίηση και 224

225 περιγραφή της κατάστασης των διακλάσεων παρουσιάζεται στον Πιν. 3.5β, ο οποίος διαιρείται σε τέσσερις ενότητες Α, Β, C, και D. Κλάση Α : Αφορά µεγάλη έκταση των ασυνεχειών, όπως είναι κατά µήκος στοάς ή στην µέτωπο λατοµείου. Κλάση Β: Αφορά µικρές περιοχές αποτύπωσης και βασίζεται στα προφίλ που φαίνονται στο σχήµα 5. Κλάση C: Εφαρµόζεται µόνο όταν υπάρχουν εµφανείς διαφορές στην σκληρότητα του πετρώµατος και του τοιχώµατος της ασυνέχειας. Τέλος η Kλάση D καλύπτει τις µεταβολές του υλικού πλήρωσης των ασυνεχειών Καθώς η κατάσταση των διαφορετικών οικογενειών διακλάσεων δεν είναι απαραίτητα η ίδια πρέπει να υπολογιστεί ένας σταθµισµένος µέσος όρος. Εν τούτοις αν υπάρχει σηµαντική διαφορά στην βαθµονόµηση µεταξύ των διαφόρων οικογενειών αυτό µπορεί τονιστεί στο κείµενο ή στα σχεδιαγράµµατα. Λόγου χάριν ένας χαµηλός βαθµός µιας οικογένειας διακλάσεων µπορεί να επηρεάσει την διεύθυνση των κύριων µεταλλευτικών έργων διεύθυνση και/ή στην πρόοδο των µεταλλευτικών εργασιών. Εκτίµηση της βαθµονόµησης βραχοµάζας Οι πίνακες 3.1, 3.5α, και 3.5β συνοψίζουν την εκτίµηση των βαθµονοµήσεων των διαφόρων κλάσεων της βραχοµάζας. Ο Πιν. 3.1, δίνει την έννοια των εκτιµήσεων, ο Πιν. 3.5α δίνει τη σχέση µεταξύ διαφόρων παραµέτρων και των βαθµονοµήσεων, και τέλος ο Πιν. 3.5β δίνει λεπτοµέρειες από το πώς διορθώνεται η βαθµονόµηση σύµφωνα µε την κατάσταση των διακλάσεων. Ως παράδειγµα της χρήσης του Πιν. 3.5β, ας θεωρηθεί µια ευθεία διάκλαση µε επίπεδη επιφάνεια σε µέτρια διατµηµένο τάλκη και σε ξηρές συνθήκες. Τότε ο Πιν. 3.5β δίνει Α = 70 %, Β = 65%, D = 60 % ηλ. συνολική διόρθωση = 70 x 65 x 60 = 27 %, και η βαθµονόµηση είναι 40 x 27 % = 11. Η βαθµονόµηση Βραχοµάζας (RMR) είναι το άθροισµα µιας εκάστης των βαθµονοµήσεων. 225

226 Σχ. 3.8: Προφίλ τραχύτητας ασυνεχειών 226

227 ΙΟΡΘΩΣΗ ΤΟΥ RMR - ΒΑΘΜΟΝΟΜΗΣΗ ΒΡΑΧΟΜΑΖΑΣ MRMR Βασικές αρχές Το RMR πολλαπλασιάζεται µε ένα ποσοστό διόρθωσης για να δώσει το MRMR. Τα ποσοστά διόρθωσης είναι εµπειρικά, βασιζόµενα σε πολυάριθµες επί τόπου παρατηρήσεις. Αυτή η διαδικασία διόρθωσης απαιτεί ότι ο µηχανικός εκτιµά την προτεινόµενη µεταλλευτική δραστηριότητα ως προς την κλίµακα της χρήσης και το αποτέλεσµα αυτήςεπί της βραχοµάζας. Για παράδειγµα, «πτωχές» ανατινάξεις επηρεάζουν την ευστάθεια µιας στοάς ή ενός πρανούς αλλά δεν έχουν καµµία επίδραση στην «κατακρηµνισιµότητα» της βραχοµάζας. Η διόρθωση του προσανατολισµού των διακλάσεων είναι άλλη περίπτωση όπου πρέπει να εκτιµηθούν διαφορετικές καταστάσεις, για παράδειγµα αναλύωντας ένα πρανές µπορεί ένας µη ευνοικός προσανατολισµός των διακλάσεων να επηρεάσει την ευστάθεια της ευρύτερης εκµετάλλευσης ή µόνο την αστοχία της βαθµίδας; Αποσάρθρωση Μερικοί τύποι πετρωµάτων αποσαρθώνονται εύκολα και αυτό θα πρέπει να ληφθεί υπόψιν στην απόφαση για το µέγεθος των ανοιγµάτων και τον σχεδιασµό της υποστήριξης. Η αποσάρθρωση εξαρτάται από τον χρόνο συνεπώς αυτός ο παράγοντας επηρεάζει τον προγραµµατισµό της τοποθέτησης της υποστήριξης καθώς και το ρυθµό εκµετάλλευσης. Οι τρείς δείκτες που επηρεάζονται από την αποσάρθρωση είναι οι IRS, RQD, και FF m -1, καθώς και η κατάσταση των διακλάσεων. Το ποσοστό RQD µπορεί να µειωθεί µε την αύξηση της πυκνότητας των ασυνεχειών. Το IRS µπορεί να µειωθεί σηµαντικά εφόσον µπορούν να λάβουν χώρα χηµικές αλλαγές. Αυτό συµβαίνει στους κιµπερλίτες όπου το άρρηκτο σκληρό πέτρωµα γίνεται άµµος σε µικρό χρόνο. Η κατάσταση των ασυνεχειών επηρεάζεται από το πέτρωµα των παρυφών και το υλικό πλήρωσής των. Τα δεδοµένα αποσάρθρωσης που προκύπτουν από τα τα δείγµατα πυρήνων µπορεί να είναι συντηρητικά λόγω της µεγάλης επιφάνειας σε σχέση µε τον όγκο του πυρήνα άρα η επί τόπου εξέταση σε εκτεθειµένες επιφάνειες πετρώµατος θα δίνουν καλύτερα αποτελέσµατα. Στον Πιν.3.6 φαίνονται τα ποσοστά ρύθµισης που σχετίζονται µε τον βαθµό αποσάρθρωσης µετά την περίοδο αποκάλυψης 6 µηνών και 1, 2, 3 και 4 + ετών. 227

228 Πίνακακας 3.6: ιορθώσεις λόγω αποσάρθωσης Ενδεχόµενη αποσάθρωση και διορθώσεις Περιγραφή (%) 6 1 έτος 2 έτη 3 έτη 4+ έτη µήνες Πρόσφατη Ελαφριά Μέτρια Υψηλή Ολοκληρωµένη Παραµένων έδαφος Προσανατολισµός διακλάσεων Το µέγεθος, η γεωµετρία και η διεύθυνση της εκσκαφής επηρεάζει την συµπεριφορά της βραχοµάζας. Η θέση στο χώρο των διακλάσεων, και η έκθεση ή µη των βάσεων των των αποτεµνόµενων ογκοτεµαχίων (block) έχουν µια σηµαντική επίδραση στην ευστάθεια της εκσκαφής εποµένως η βαθµονόµηση θα πρέπει να διορθώνεται ανάλογα. Το µέγεθος των διορθώσεων εξαρτάται από τον προσανατολισµό των διακλάσεων σε σχέση µε τον κάθετο άνονα του ογκοτεµαχίου. Εφόσον η βαρύτητα είναι η πιο σηµαντική δύναµη που πρέπει να λαµβάνεται υπόψιν η αστάθεια των ογκοτεµαχίων θα εξαρτάται από τον αριθµό των διακλάσεων που κλίνουν προς τα έξω από τον κατακόρυφο άξονα. Οι διορθώσεις αυτές παρουσιάζονται στον Πιν Η διεύθυνση των διακλάσεων έχει επίδραση στην ευστάθεια ανοιχτών µετώπων και την κατακρηµνισιµότητα υποσκαµµένων βραχοµαζών. Η διόρθωση για την διεύθυνση των ζωνών διάτµησης σε σχέση µε τα έργα ανάπτυξης είναι: 0 15 ο = 76 % ο = 84% ο = 92%. 228

229 Πίνακας 3.7: ιορθώσεις σε RMR λόγω των διευθύνσεων των Ασυνεχειών Αριθµός ασυνεχειών που ορίζουν ένα τεµάχιο Αριθµός µετώπων που αποκλίνουν από το κατακόρυφο επίπεδο ιόρθωση % Προτιµάται η προχώρηση υπόγειων έργων προς την διεύθυνση της κλίσης των ασυνεχειών αντί αυτής αντίθετα προς την διεύθυνση της κλίσης των ασυνεχειών. Μια διόρθωση 90% των προηγούµενων αποτελεσµάτων µπορεί να γίνει όταν η προχώρηση είναι αντίθετα στη διεύθυνση κλίσης µιας οικογένειας πυκνών διακλάσεων. Ο λόγος είναι ότι είναι πιο εύκολο να υποστηρίξουµε ογκοτεµάχια πετρώµατος που έχουν διακλάσεις οι οποίες κλίνουν προς την προχώρηση. Η διόρθωση της ζώνης διάτµησης δεν εφαρµόζεται σε διακλασµένο πέτρωµα έτσι ο µέγιστος βαθµός είναι η διεύθυνση της ασυνέχειας πολλαπλασιαζόµενη µε την διεύθυνση της προχώρησης του µετώπου η οποία είναι 70 % x 90 % = 63 %. Η επίδραση της διεύθυνσης των ασυνεχειών και της συνθήκης της ευστάθειας φαίνεται καθαρά σε τοξοειδής γέφυρες που κατασκευάζονται από υψηλής τριβής ογκοτεµάχια πετρώµατος. ιορθώσεις διεύθυνσης διακλάσεων για στύλους και παρυφές Μια τροποποίηση στις διορθώσεις των διευθύνσεων µπορεί να εφαρµοσθεί στον σχεδιασµό των στύλων ή των παρυφών των υπογείων ανοιγµάτων. Οι διορθώσεις γίνονται στις περιπτώσεις που οι διακλάσεις αποτέµνουν µια ασταθή σφήνα πετρώµατος, η βάση της οποίας είναι στις παρυφές της στοάς ή του θαλάµου. Η αστάθεια καθορίζεται τόσο από τη βύθιση του ίχνους της χαµηλότερης διάκλασης όσο και από τις διακλάσεις που ορίζουν τις παρυφές της σφήνας ( Πιν. 3.8). 229

230 ΜΈΣΟΣ ΒΑΘΜΌΣ ΤΗΣ ΚΑΤΆΣΤΑΣΗΣ ΤΩΝ ΠΑΡΕΙΏΝ ΤΩΝ ΑΣΥΝΕΧΕΙΏΝ Πίνακας 3.8: ιόρθωση προσανατολισµού των ασυνεχειών για στύλους & παραµένοντα Κλίση της τοµής των ασυνεχειών στη βάση των στύλων ΚΑΙ % ΙΟΡΘΩΣΗ = 85% = 75% > 40 = 70% = 90% = 80% > 40 = 70% = 90% = 80% > 50 = 75% = 90% = 85% > 60 = 80% = 90% > 50 = 85% = 95% > 60 = 90% Επαγόµενες τάσεις κατά την εκµετάλλευση Οι επαγόµενες τάσεις λόγω εκµετάλλευσης αναφέρονται στην αναδιανοµή των επί τόπου τάσεων σαν αποτέλεσµα της γεωµετρίας και της διεύθυνσης της εκσκαφής. Το µέγεθος και ο λόγος των επί τόπου τάσεων πρέπει να είναι γνωστοί. Η αναδιανοµή των τάσεων µπορεί να υπολογισθεί µε αναλυτική λύση ή αριθµητική ανάλυση µε πεπερασµένα στοιχεία ή πεπερασµένες διαφορές. Οι αναδιανεµηµένες τάσεις που παρουσιάζουν ενδιαφέρον είναι οι µέγιστες οι ελάχιστες και οι διαφορές τους. Οι µέγιστες κύριες τάσεις µπορούν να προκαλέσουν αποφλοίωση των παράλληλων προς την διεύθυνση τοιχωµάτων, την θραύση των στύλων και την παραµόρφωση και πλαστική ροή µαλακών ζωνών πετρώµατος. Η παραµόρφωση των µαλακών παρεµβαλλόµενων ζωνών πετρώµατος οδηγεί στην αστοχία των σκληρών ζωνών σε σχετικά χαµηλά επίπεδα τάσεων. Η θλιπτική τάση σε υψηλές γωνίες ως προς την κλίση των ασυνεχειών αυξάνει την ευστάθεια της βραχοµάζας και αναστέλλει την κατακρήµνιση, ενώ οι τάσεις µε χαµηλών γωνίες ως προς τις ασυνέχειες προκαλούν διατµητική αστοχία των ασυνεχειών. Η διόρθωση για γωνία των 90 ο µπορεί να είναι 120%, αλλά στις 30 ο είναι 70%. Οι ελάχιστες κύριες τάσεις παίζουν σηµαντικό ρόλο στην ευστάθεια των παρυφών των στοών και στην ευστάθεια πίσω από τα µέτωπα µεγάλων εκσκαφών, 230

231 και στις παρυφές των µετώπων. Η αποµάκρυνση των υψηλών οριζόντιων τάσεων σε παρυφές µεγάλων ανοιγµάτων έχει σαν αποτέλεσµα την σύγκλιση πετρώµατος µέσα στα κενά µέτωπα. Μια µεγάλη διαφορά της µέγιστης και ελάχιστης τάσης έχει σηµαντική επίδραση στις ασυνεχείς βραχοµάζες και έχει σαν αποτέλεσµα την διατµητική αστοχία διακλάσεων. Η επίδραση αυτή αυξάνει όσο αυξάνεται η πυκνότητα των διακλάσεων. Η διόρθωση µπορεί να είναι της τάξης του 60%. Μπορούν να θεωρηθούν οι ακόλουθοι παράγοντες για την εκτίµηση της επίδρασης των τάσεων κατά την εκµετάλλευση: 1. Τάσεις που επάγονται κατά την όρυξη διευθυντικών στοών. 2. Αλληλεπίδραση γειτνιάζοντων στοών. 3. Τοποθέτηση σηράγγων κοντά σε µεγάλα ανοίγµατα. 4. Υψηλές τάσεις στις παρυφές µεγάλων ανοιγµάτων όταν η µεγαλύτερή τους διάσταση είναι κάθετη προς τη µέγιστη κύρια τάση. 5. Αναθόλωση του δαπέδου στοών και θαλάµων 6. Σηµειακή φόρτιση πετρώµατος από το κατακρηµνισµένο πέτρωµα εξαιτίας πτωχού θρυµµατισµού. 7. Αύξηση της µεταλλευτικής επιφάνειας εξαιτίας αλλαγών στην γεωµετρία 8. Αστοχίες συµπαγών σφηνών στην οροφή και στα τοιχώµατα εκσκαφών 9. Επίδραση βασικών δοµών που δεν εκτίθενται στην αποκάλυψη αλλά δηµιουργούν την πιθανότητα υψηλών ακραίων τάσεων ή αστοχίες πίσω από τα ανοίγµατα. 10. Παρουσία µαλακών στρωµάτων ή εγκλεισµάτων πετρώµατος που µπορεί να µεταφέρουν υψηλές τάσεις στα γειτονικά ανθεκτικότερα τµήµατα της βραχοµάζας. 231

232 Επίδραση των ανατινάξεων Οι ανατινάξεις δηµιουργούν νέες ρωγµές και χαλαρώνουν την µάζα του πετρώµατος δηµιουργώντας µετακινήσεις διακλάσεων, και έτσι εφαρµόζονται οι ακόλουθες διορθώσεις. (Πιν. 3.9). Η διόρθωση 100% για διάτρηση βασίζεται στην µη καταστροφή των τοιχωµάτων του ορύγµατος εν τούτοις καινούργια εµπειρία από την χρήση µηχανηµάτων σηµειακής κοπής (roadheaders) σε σήραγγες δείχνει ότι η επιδείνωση των τάσεων λαµβάνει χώρα σε µικρή απόσταση από το µέτωπο. Αυτό το φαινόµενο σηµαίνει µια αναθεώρηση των απαιτήσεων υποστήριξης και ένα µειονέκτηµα από την συγκεκριµένη τεχνική εξόρυξης. Η εξόρυξη µε roadheaders µπορεί να θεωρηθεί σαν καλή ανατίναξη. Μπορεί να σηµειωθεί ότι οι πτωχές ανατινάξεις έχουν µεγαλύτερη επίδραση σε λεπτούς στύλους και στοές µε µικρή απόσταση η µία από την άλλη λόγω της πολύ µικρής ποσότητας του ανεπηρέαστου πετρώµατος. Πίνακας 3.9: ιόρθωση RMR λόγω ανατινάξεων Τεχνική ιόρθωση (%) Μηχανική εξόρυξη 100 Ελεγχόµενη ανατίναξη 97 Ανακεφαλαίωση Οι διορθώσεις πρέπει να υπολογίζουν την ζωή της εκσκαφής και την χρονική συµπεριφορά της βραχοµάζας (Πιν. 3.10). Παρόλο που τα ποσοστά είναι εµπειρικά η αρχή της διόρθωσης έχει αποδειχθεί ότι έχει καλή εφαρµογή και εξαναγκάζει τον σχεδιαστή να λάβει υπόψη του αυτούς τους παράγοντες. Πίνακας 3.10: Συνολικές διορθώσεις Παράµετρος Πιθανή διόρθωση (%) Αποσάθρωση ιεύθυνση διακλάσεων Επαγόµενες τάσεις Επίδραση λόγω ανατινάξεων

233 Αντοχή βραχοµάζας (RMS) Η αντοχή της βραχοµάζας (RMS) υπολογίζεται απο τους δείκτες IRS και RMR. Η αντοχή της βραχοµάζας δεν µπορεί να είναι υψηλότερη από τον διορθωµένο µέσο IRS αυτής της ζώνης. Το IRS έχει υπολογισθεί από δοκιµές µικρών δειγµάτων στο εργαστήριο εν τούτοις, πειράµατα που έχουν γίνει σε µεγάλα δοκίµια δείχνουν ότι αυτά έχουν αντοχές που αντιστοιχούν στο 80% των µικρών δοκιµίων. Αφού η βραχοµάζα µπορεί να θεωρειθεί ως µεγάλο δοκίµιο το IRS πρέπει να είναι το 80% της τιµής του. Γι αυτό το λόγο η αντοχή της βραχοµάζας πρέπει να είναι IRS x 80% αν δεν υπάρχουν ασυνέχειες. Η επίδραση των ασυνεχειών και οι ιδιότητες τριβής τους µειώνουν την αντοχή της βραχοµάζας. Στους βαθµούς ταξινόµησης, ο βαθµός 20 δίνεται σε όλα τα δοκίµια µε IRS µεγαλύτερο από 185 MPa, γιατί σε αυτές τις υψηλές τιµές το IRS έχει µικρή επίδραση στην σχετική αντοχή της βραχοµάζας. Σε αυτή τη βάση το RMS µπορεί να υπολογισθεί µε ποιά παρόµοια διαδικασία; έτσι πάνω από τα 185 MPa η τιµή των 200 MPa χρησιµοποιείται άσχετα µε την τιµή του IRS. Η ακόλουθη διαδικασία ακολουθείται για τον υπολογισµό της αντοχής της βραχοµάζας: 1. Ο βαθµός του IRS (Β) αφαιρείται από τον συνολικό βαθµό (Α) και το αποτέλεσµα (πχ το RQD, η κατάσταση και οι αποστάσεις των ασυνεχειών) µπορεί να είναι µια συνάρτηση της αποµένουσας πιθανής βαθµονόµησης του Το IRS (G) µειώνεται στο 80 % της τιµής του. RMS = A B * C * Π.χ αν ο συνολικός βαθµός είναι 60 τότε για ένα IRS των 100 MPa και για βαθµό 10, τότε RMS = 50 MPa. Αντοχή βραχοµάζας σχεδιασµού (DRMS) Η αντοχή βραχοµάζας σχεδιασµού είναι η ανεµπόδιστη αντοχή βραχοµάζας στο επί τόπου µεταλλευτικό περιβάλλον. Η εκµετάλλευση εκθέτει την επιφάνεια της µάζας του πετρώµατος και επηρεάζει µε την ευστάθεια της ζώνης που περιβάλλει την εκσκαφή. Η έκταση αυτής της ζώνης εξαρτάται από το µέγεθος της εκσκαφής, και αν 233

234 εξαιρέσουµε την αστοχία όλης της µάζας, η διάδοση της αστάθειας ξεκινά από την επιφάνεια του βράχου. Το µέγεθος των ογκοτεµαχίων πετρώµατος ορίζει γενικά την πρώτη ζώνη αστάθειας. Οι διαρθρώσεις που αφορούν το µεταλλευτικό περιβάλλον, εφαρµόζονται στο RMS, για να δώσουν το DRMS. Αφού το DRMS εκφράζεται σε MPa µπορεί να σχετιστεί µε τις τάσεις που επάγονται κατά την εκµετάλλευση, εποµένως οι διαρθρώσεις που χρησιµοποιούνται είναι η αποσάρθρωση, η διεύθυνση και ο σχεδιασµός των ανατινάξεων. Για παράδειγµα, αποσάρθρωση 85 %, διεύθυνση = 75 %, σχεδιασµός ανατινάξεων = 90 %, Σύνολο = 57 %, RMS = 50, διορθώσεις = 57%, DRMS = 50 x 57 = 29 MPa. Η βραχοµάζα που έχει µια ανεµπόδιστη αντοχή θλίψης 29 ΜPa η οποία µπορεί να συσχετισθεί µε τις τάσεις που υπάρχουν στο µεταλλείο. Παρουσίαση αποτελεσµάτων Τα δεδοµένα βαθµονόµησης αντοχής του βράχου µπορούν να εκτυπωθούν σε κατόψεις και τοµές σαν κλάση των υποζωνών. Αν οι υποδιαιρέσεις είναι Α και Β η ζώνη Α µπορεί να χρωµατιστεί πλήρως και η Β να διαγραµισθεί κάθετα. Αυτές οι κατόψεις και οι τοµές παρέχουν τα βασικά δεδοµένα για τον µεταλλευτικό σχεδιασµό. Τα εκτυπωµένα φύλλα παρουσιάζουν τις βαθµονοµήσεις (MRMR) και τονίζουν τις ενδεχοµένως προβληµατικές περιοχές ή µε βάση αυτά µπορούν να υπολογισθούν οι αναγκαίες υποστηρίξεις οι οποίες βασίζονται στο MRMR ή το DRMS. Στην περίπτωση που οι µεταβλητές του DRMS µπορούν να περιγραφούν σε αυτό τον χάρτη. Επικοινωνία Η εποικοινωνία µεταξύ διαφορετικών τµηµάτων έχει βελτιωθεί από την εισαγωγή συστηµάτων ταξινόµησης γιατί οι αριθµοί χρησιµοποιούνται σε αντικατάσταση των ασαφών περιγραφικών όρων. Είναι γνωστό ότι οι όροι που χρησιµοποιούνται για να περιγράψουν ένα τµήµα της βραχοµάζας µε προσωπική εµπειρία σε καλές γεωλογικές συνθήκες δεν µπορεί να χρησιµοποιηθεί στις περιπτώσεις πτωχών γεωλογικών συνθηκών. 234

235 Αποσάθρωση % Προσανατολισµός ασυνεχειών % Παραµένουσες τάσεις % Ανατινάξεις % IRS 0-20 RQD 0-15 JS 0-25 FF m 0-25 OR RMS RMR ΙΟΡΘΩΣΕΙΣ % DRMS JS 0-40 ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ MRMR ΒΑΣΙΚΕΣ ΟΜΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑ BΑΣΙΚΟΣ ΣΧΕ ΙΑΣΜΟΣ Λεπτοµερής Σχεδιασµός, υποστήριξη κατακρηµνισιµότητα... ΙΑΓΡΑΜΜΑ ΡΟΗΣ ΤΟΥ ΜΕΤΑΛΛΕΥΤΙΚΟΥ ΓΕΩΜΗΧΑΝΙΚΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗΣ MRMR 235

236 Βιβλιογραφία 3 ου κεφαλαίου 1. Laubsher, D.H. (1995). Planning Mass Mining Operations. In Comprehensive Rock Engineering, J.A. Hudson (Ed.) 2. Εξαδάκτυλος, Γ.Ε και Σταυροπούλου, Μ.Χ. (2000). Μηχανική Υπογείων Εργων και Σηράγγων. Πολυτεχνείο Κρήτης. 3. S. D. PRIEST, J. A. HUDSON (1976) Discontinuity Spacings in Rock, Int. J. Rock Mech. Min. Sci. & Geomech. Abstr. Vol. 13, pp Pergamon Press

237

238 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ 3 ου Κεφαλαίου 238

239 Κριτήριο αστοχίας κατά Hoek και Brown Το κριτήριο αστοχίας πετρωµάτων των Hoek και Brown εφαρµόζεται συχνά στην πράξη (βεβαίως το συνηθέστερο είναι το κριτήριο αστοχίας Μohr-Coulomb). Το κριτήριο αυτό, καθορίζει την τιµή της µέγιστης κύριας τάσης σ 1 υπο την οποία αστοχεί ένα πέτρωµα για συγκεκριµένη τιµή ελάχιστης κύριας τάσης σ 3. Η µαθηµατική έκφραση του µη-γραµµικού κριτηρίου αστοχίας δίδεται από την σχέση: σ σ m 3 1 = σ3 + σci i + 1 (1) σ1 όπου: σ ci είναι η αντοχή του αρρήκτου πετρώµατος σε µονοαξονική (ανεπόδιστη) θλίψη δηλαδή η τάση αστοχίας του υλικού για σ 3 =0 m i είναι µια αδίαστατη αριθµητική πράµετρος, της οποίας η τιµή εξαρτάται από τη φύση του υλικού. Οι δύο αυτές παράµετροι αποτελούν χαρακτηριστικές ιδότητες για κάθε τύπο πετρώµατος και µπορούν να προσδιορισθούν πειραµατικά απο δοκιµές αντοχής σε συνθήκες τριαξονικής φόρτισης, στις οποίες µετράται η τάση αστοχίας του κυλινδρικού δοκιµίου σ 1 για δεδοµένη τιµή της πλευρικής πίεσης σ 3. Η ανάλυση των αποτελεσµάτων τέτοιων δοκιµών οδηγεί στον υπολογσµό των παραµέτρων m i και σ ci. Ένα τέτοιο παράδειγµα υπολογισµού, δόθηκε απο τους Franklin και Hoek, οι οποίοι παραγµατοποίησαν πειράµατα αντοχής σε τριαξονική θλίψη για τρεις διαφορετικούς τύπους πετρωµάτων και πιο συγκεκριµένα Ι) για γρανίτη ΙΙ) για χαλαζιακό διορίτη και ΙΙΙ) για µάρµαρο. Στο Σχ, 1 φαίνονται τα πειραµατικά αποτελέσµατα της µέγιστης αδιάστατης αξονικής τάσης σ 1 /σ ci κατά την αστοχία (αδιαστατοποίηση µε την αντοχή του πετρώµατος σε µονοαξονική θλίψη), σε σχέση µε την αντίστοιχη τιµής της αδιάστατης πλευρικής τάσης, σ 3 /σ ci. Οι συνεχείς παραβολικές γραµµές, στο ίδιο διάγραµα, οριοθετούν τις περιοχές αστοχίας για κάθε τύπο πετρώµατος και προκύπτουν από την γραφική τη καλύτερη προσαρµογή των πειραµατικών δεδοµένων στην εξίσωση (1). 239

240 Σχ.1: ιάγραµµα πειραµατικών αποτελλεσµάτων των Franklin και Brown (1970) και υπολογισµού των παραµέτρων του κριτηρίου αστοχίας Hoek-Brown. Λόγω του υψηλού κόστους διεξαγωγής των πειραµάτων τριαξονικής φόρτισης δεν είναι πάντα διάθέσιµα δεδοµένα για τον υπολογισµό των παραµέτρων σ ci και m i και για τον λόγο αυτό, η µεν αντοχή σε µονοαξονική θλίψη προσδιόρίζεται είτε άµεσα απο πειράµατα ανεµπόδιστης θλίψης, είτε έµµεσα απο δοκιµές σηµείακης φόρτισης, ενώ οι τιµές της παραµέτρου m i προκύπτουν από εµπειρικά διαγράµµατα ή πίνακες. Ο Πίν. 1 δίνει τυπικές τιµές της αντοχής σε µοναξονική θλίψη διαφόρων πετρωµάτων, ενώ ο Πίν. 2 δίνει χαρακτηριστικές τιµές τις παραµέτρου m i για διαφορετικές κατηγορίες και είδη αρρήκτων πετρωµάτων. Τα περιεχόµενα των Πινάκων 1 και 2 καθώς και το κριτήριο αστοχίας των Howk και Brown µε την µορφή που εκφράζεται από την εξίσωση (1), ισχύουν υπό την προϋπόθεση ότι το πέτρωµα συµπεριφέρεται ως συνεχές ισότροπο ελαστικό υλικό χώρίς την παρουσία ατελειών µικροδοµής και διακλάσεων. Η παρουσία των ασυνεχειών, υποβιβάζει την αντοχή σε µονοαξονική θλίψη και συνεπώς την παράµετρο m δηµιουργώντας παράλληλα αποκλίσεις από την εξίσωση (1) στη συµπεριφορά αστοχίας ενός πετρώµατος, το οποίο πλέων σε αυτή 240

241 την περίπτωση χαρακτη ριζεται ως «Βραχοµάζα». Η επίδραση των ατελειών ποσοτικοποιείται µε την εισαγωγή της έννοιας του είκτη Γεωλογικής Αντοχής (Geological Strength Index-GSI) o οποίος είναι µια αδιάστατη εµπειρική αριθµητική παράµετρος, που κυµαίνεται σε ένα έυρος τιµών από 10 έως 100 (Hoek-Brown, 1997) και µπορεί να εκτιµηθεί από την µακροσκοπική επί τόπου εξέταση της ποιότητας της βραχοµάζας, όπως προκύπτει απο το δίαγραµµα του Σχ. 2. Πίνακας-1: Τυπικές τιµές αντοχής σε µονοξονική θίψη, λόγου Poisson, µέτρου ελστικότητας, µέτρου δίατµησης και µοαναδιαίου βάρους για δίαφορα πετρώµατα. Πίνακας-2: Τιµές αναφοράς της παραµέτρου m i για διάφορους τύπους πετρωµάτων.(hoek and Brown, 1997). 241

242 Σχ. 2: Εµειρικό διάγραµµα προσδιορισµού του είκτη Γεωλογικής Αντοχής GSI βάσει της µορφής του δικτύου ασυνεχειών της βραχοµάζας και της ποιότητας των παρειών των ασυνεχειών. Η τιµή του GSI για µια βραχοµάζα είναι ισοδύναµη µε την αντίστοιχη τιµή της εµπειρικής βαθµονόµησης της βραχοµάζας µε βάσει το σύστηµα RMR (Rock Mass Rating-RMR) κατά Bieniawski (1976) για ξηρό σχηµατισµό (δηλαδή απουσία υπογείων υδάτων) και εϋνοική κλίση επιπέδων ολίσθησης (έτσι ώστε να µη 242