Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο Σχολή Μηχανικών Μεταλλείων Μεταλλουργών Μέθοδοι υπόγειας εκμετάλλευσης Κενά μέτωπα Ανδρέας Μπενάρδος Δρ. Μηχανικός Μεταλλείων Μεταλλουργός Ε.Μ.Π.
Μέθοδοι Υπόγειας Εκμετάλλευσης Με Κενά Μέτωπα «ο χώρος που μένει κενός κατά την απόληψη του μεταλλεύματος, εγκαταλείπεται όπως είναι και διατηρείται από μόνος του ή με τη βοήθεια τεχνητής ή φυσικής υποστήριξης» Υπάρχει ένα φυσικό όριο στις επιτρεπόμενες διαστάσεις του κενού και χρειάζεται η υποστήριξη του κενού (συνήθως αφήνονται τμήματα του πετρώματος ή τοποθετούνται τεχνητά στοιχεία υποστήριξης)
Μέθοδοι Υπόγειας Εκμετάλλευσης Με Κενά Μέτωπα Εκμετάλλευση κοιτάσματος αφήνοντας τοπικά, τμήματα μεταλλεύματος με τη μορφή μεμονωμένων στύλων, για την υποστήριξη της οροφής Εκμετάλλευση με κατά μέτωπο προσβολή (Breast stope)
Εκμετάλλευση με κατά μέτωπο προσβολή (Breast stope) Απαραίτητες προϋποθέσεις εφαρμογής της μεθόδου αυτής είναι: Σκληρό μετάλλευμα, με παρυφές από ανθεκτικά πετρώματα σε μικρό σχετικά βάθος. Ομαλό γεωμετρικό σχήμα και ιδίως κανονική, κατά το δυνατό, δάπεδο. Πάχος κοιτάσματος που δεν υπερβαίνει τα 3m. Κλίση από 0 ο μέχρι 40 ο, το μέγιστο. Μετάλλευμα μικρής αξίας, έτσι ώστε να γίνεται παραδεκτή η σημαντική απώλεια που προκύπτει από την εγκατάλειψη στύλων.
Εκμετάλλευση με κατά μέτωπο προσβολή (Breast stope) Απόληψη πάνω από 75-80% Μπορεί να γίνει κατασκευή τεχνητών δομών στύλων Χρειάζεται να δίνεται προσοχή στο θέμα του αερισμού
Εκμετάλλευση με κατά μέτωπο προσβολή (Breast stope) Προσπέλαση - Προπαρασκευή Οριζόντια κοιτάσματα Σύνδεση των φρεάτων (αερισμός) Σύνδεση με στοά μεταφοράς Άμεση έναρξη παραγωγής Κεκλιμένα κοιτάσματα Διαχωρισμός πατωμάτων με διευθυντικές στοές
Εκμετάλλευση με κατά μέτωπο προσβολή (Breast stope) Εξόρυξη (breast stoping) Κλιμακωτή διάταξη Ανατινάξεις με δύο ελεύθερες επιφάνειες Εγκατάλειψη στύλων με γεωμετρική διάταξη (καλύτερη υποστήριξη) Ανθεκτικά πετρώματα / διάταξη σε χαμηλής περιεκτικότητας κοιτάσματα Διατομή στύλων κυκλική ή ορθογώνια
Αντιμετώπιση αυξημένου ύψους κοιτάσματος Δυσκολία για έλεγχο και κοχλίωση και απαίτηση ανθεκτικής οροφής Διάτρηση μπορεί να γίνει από ένα μηχάνημα Η μεταφορά μπορεί να γίνει σε μία φάση Καλύτερος έλεγχος οροφής Μπορεί να εφαρμοστεί κοχλίωση Δεν «πληγώνεται» η οροφή
Εκμετάλλευση με κατά μέτωπο προσβολή (Breast stope) Εξόρυξη (breast stoping) Διατρήματα (Φ 38-48 mm) Ανατίναξη Εξαερισμός Φόρτωση (LHD / Scraper) Αποκόμιση / Μεταφορά Επανάληψη / βάρδια (τουλάχιστον)
Εκμετάλλευση με κατά μέτωπο προσβολή (Breast stope) Πλεονεκτήματα: Μειονεκτήματα: Καλή απόδοση Δυνατότητα εκλεκτικής εξόρυξης και διαλογής Μικρή τεχνητή υποστήριξη Απώλειες μεταλλεύματος Χαμηλό επίπεδο ασφάλειας εργαζομένων Δεν χρειάζεται προπαρασκευή Ευχέρεια εναπόθεσης παραγόμενων στείρων Χαμηλό κόστος
Μέθοδοι Υπόγειας Εκμετάλλευσης Με Κενά Μέτωπα Μέθοδος Θαλάμων και Στύλων (Room and Pillar)
Μέθοδος Θαλάμων και Στύλων (Room-and-Pillar) Απαραίτητες προϋποθέσεις εφαρμογής της μεθόδου αυτής είναι: Σκληρό μετάλλευμα, με παρυφές από ανθεκτικά πετρώματα σε μικρό σχετικά βάθος. Ομαλό γεωμετρικό σχήμα και ιδίως κανονική, κατά το δυνατό, δάπεδο. Πάχος κοιτάσματος που δεν υπερβαίνει τα 8-10m. Κλίση από 0 ο μέχρι 40 ο, το μέγιστο. Μετάλλευμα μικρής αξίας, έτσι ώστε να γίνεται παραδεκτή η σημαντική απώλεια που προκύπτει από την εγκατάλειψη στύλων. Αποτελεί την οικονομικά εφικτότερη μέθοδο εκμετάλλευσης οριζοντίων κοιτασμάτων περιορισμένου πάχους
Μέθοδος Θαλάμων και Στύλων (Room-and-Pillar)
Μέθοδος Θαλάμων και Στύλων (Room-and-Pillar) Συνηθέστερα γίνεται η δημιουργία μεγαλύτερων στύλων, οι οποίοι στη συνέχεια «σχίζονται» και προκύπτουν οι τελικές τους διαστάσεις. Μπορεί να υπάρξει και στάδιο εξόφλησης όπου υλικό αποσπάται από τους στύλους, μειώνοντας αρκετά το μέγεθός τους.
Μέθοδος Θαλάμων και Στύλων (Room-and-Pillar) Η εκμετάλλευση σε κοιτάσματα αυξημένης κλίσης γίνεται με τη διάνοιξη διαδοχικών οριζοντίων στοών σε διαφορετικά επίπεδα με κατερχόμενη φορά εκμετάλλευσης
Μέθοδος Θαλάμων και Στύλων (Room-and-Pillar) Η εκμετάλλευση σε κοιτάσματα αυξημένου πάχους γίνεται με τη χρήση βαθμίδων, διαιρώντας το ύψος εκμετάλλευσης
Μέθοδος Θαλάμων και Στύλων (Room-and-Pillar) Πλεονεκτήματα: Μειονεκτήματα: Υψηλή απόδοση με την υψηλή μηχανοποίηση Δυνατότητα εκλεκτικής εξόρυξης και διαλογής Μικρή τεχνητή υποστήριξη Απώλειες μεταλλεύματος (10-50%) Χαμηλό επίπεδο ασφάλειας εργαζομένων Δεν χρειάζεται προπαρασκευή Ευχέρεια εναπόθεσης παραγόμενων στείρων Χαμηλό κόστος
Μέθοδος Θαλάμων και Στύλων (Room-and-Pillar) γ βωξιτικός ορίζοντας Παρνασσού - Γκιώνας Μέθοδος θαλάμων και στύλων (μικρό πάχος 4-10m, μικρή κλίση 5 ο -25 ο ) Εκμετάλλευση βωξιτικού κοιτάσματος με τη μέθοδο θαλάμων και στύλων
Μέθοδοι Υπόγειας Εκμετάλλευσης Με Κενά Μέτωπα Μέθοδος Διαδοχικών Ορόφων με Κενά Μέτωπα (Sub level open stoping SLOS) Μπορεί να συνδυαστεί και με λιθογόμωση
Μέθοδος Διαδοχικών Ορόφων με Κενά Μέτωπα (Sublevel stoping ή Sublevel open stoping) Η εξόρυξη λαμβάνει χώρα μέσα σε σειρά διαδοχικών ορόφων με το μετάλλευμα να καταπίπτει μέσα στον κενό χώρο. Από εκεί αποκομίζεται με βαρύτητα προς την υποκείμενη στοά βάσεως του πατώματος.
Μέθοδος Διαδοχικών Ορόφων με Κενά Μέτωπα (Sublevel stoping ή Sublevel open stoping) Απαραίτητες προϋποθέσεις εφαρμογής της μεθόδου αυτής είναι: Μετάλλευμα με μέτρια ή μεγάλη ανθεκτικότητα. Περιβάλλοντα πετρώματα επαρκώς σκληρά και ανθεκτικά για αντιμετώπιση κατακρημνίσεως (όσοπιομικρήείναιηκλίση, τόσο πιο ανθεκτικά πρέπει να είναι τα πετρώματα). Κλίση κυρίως μεγάλης κλίσης (>50-60 ο ) ώστε η αποκόμιση να επιτυγχάνεται με τη βαρύτητα. Παρυφές ομαλής και σταθερής κατά το δυνατό κλίσης. Παραφυάδες μεταλλεύματος ή σοβαρές διακυμάνσεις της κλίσης μπορεί να δημιουργήσουν απώλειες ή προσμίξεις. Πάχος κοιτάσματος (2-20m)
Μέθοδος Διαδοχικών Ορόφων με Κενά Μέτωπα (Sublevel stoping ή Sublevel open stoping) Φ1/Φ2 Δ1 Ε1 ΑΣΠ Κ1 Ο1 Κ2 Δ2 Ε2 3-9m Ο2 Δ3 Ε3 Ο3 Δ4 Ε4 ΚΣΠ 3-5m Ο4 Τα έργα προπαρασκευής αποτελούν περίπου το 30% του κόστους 5-9m α=45-50 ο
Μέθοδος Διαδοχικών Ορόφων με Κενά Μέτωπα (Sublevel stoping ή Sublevel open stoping) Για μεγάλα πάχη κοιτάσματος μπορώ να έχω δημιουργία εγκάρσιων στοών και στους ορόφους και στις στοές των πατωμάτων ή δημιουργία διπλών στοών
Μέθοδος Διαδοχικών Ορόφων με Κενά Μέτωπα (Sublevel stoping ή Sublevel open stoping) Ηεκμετάλλευση γίνεται με ανεστραμμένη βαθμίδα οπισθοχωρώντας
Όρυξη Παράλληλων Διατρημάτων Όρυξη Ακτινικών Διατρημάτων Τα διατρήματα είναι εντός των ορίων του κοιτάσματος Βρίσκουμε ακριβώς την οροφή Βαρύτερος διατρητικός εξοπλισμός Υψηλό κόστος Προσοχή για να μην πληγωθεί η οροφή (HW) από την πυροδότηση των διατρημάτων Ίδια διάμετρος διατρημάτων, αλλά με διαφορετικό μήκος και κλίση
Μέθοδος Διαδοχικών Ορόφων με Κενά Μέτωπα (Sublevel stoping ή Sublevel open stoping) Στην εξόφληση μπορεί να γίνει η απόληψη του στύλου που έχει αφεθεί στην ΑΣΠ και όχι αυτών που υπάρχουν στα κεκλιμένα και στις χοάνες Στύλος προστασίας ΑΣΠ ΑΣΠ Κ2 Κ1 ΚΣΠ
Μέθοδος Διαδοχικών Ορόφων με Κενά Μέτωπα (Sublevel stoping ή Sublevel open stoping) Πλεονεκτήματα: Μειονεκτήματα: Μεγάλη απόδοση (110 tn/βάρδια & εργ.) Αδυναμία εκτέλεσης διαλογής ή εκλεκτικής εκμετάλλευσης Χαμηλό κόστος Ευκολία αερισμού Απαίτηση για πολλά έργα ανάπτυξης Ικανοποιητική ασφάλεια Ικανοποιητική πρόσμιξη (15-20%) Ανάγκη για δημιουργία Grizzly (σχάρα) Ανεξάρτητες δραστηριότητες (drilling-blasting) Υψηλή απόληψη (~90%)
Μέθοδος Διαδοχικών Ορόφων με διατρήματα μεγάλου μήκους (Long Hope stoping ) Διατρήματα διαμέτρου 140-165 mm με μήκος που μπορούν να φτάσουν τα 60-80 m
Μέθοδοι Υπόγειας Εκμετάλλευσης Με Κενά Μέτωπα Μέθοδος Βαθμίδων (ορθών ανεστραμμένων) (Underhand Overhand stoping)
Μέθοδος Βαθμίδων (ορθών ανεστραμμένων) (Underhand Overhand stoping) Απαραίτητες προϋποθέσεις εφαρμογής της μεθόδου αυτής είναι: Μετάλλευμα μικρού σχετικά πάχους. Περιβάλλοντα πετρώματα επαρκώς σκληρά και ανθεκτικά (ιδιαίτερα η οροφή) Οποιαδήποτε κλίση (άνω των 50 o ορθές βαθμίδες, οι ανεστραμμένες βαθμίδες μπορούν να εφαρμοστούν σε οποιαδήποτε κλίση)
Μέθοδος Βαθμίδων (ορθών ανεστραμμένων) (Underhand Overhand stoping) ΑΣΠ Κ2 Κ1 Κεκλιμένο αερισμού και αποκομιδής 20-30m 45 ο ΚΣΠ
Μέθοδος Βαθμίδων (ορθών ανεστραμμένων) (Underhand Overhand stoping) ΑΣΠ Κ2 Κ1 ΚΣΠ
Μέθοδος Βαθμίδων (ορθών ανεστραμμένων) (Underhand Overhand stoping)
Μέθοδος Βαθμίδων (ορθών ανεστραμμένων) (Underhand Overhand stoping) Αν η κλίση του κοιτάσματος είναι μεγαλύτερη των 30 ο τότε τοποθετούνται τεχνητά δάπεδα εργασίας π.χ. ξύλινοι στύλοι κάθετα μεταξύ των παρυφών του κοιτάσματος και πάνω τους ξύλινα ή μεταλλικά δάπεδα
Μέθοδος Βαθμίδων (ορθών ανεστραμμένων) (Underhand Overhand stoping) Πλεονεκτήματα: Υψηλό ποσοστό ανάκτησης του μεταλλεύματος Υψηλή απόληψη Μικρή έκταση των προπαρασκευαστικών έργων. Ευνοϊκές συνθήκες διάτρησης και άμεση παραγωγή Μειονεκτήματα: Αδυναμία μηχανοποίησης Δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί η ΑΣΠ αν δεν υπάρχει στύλος Κακέςσυνθήκεςασφαλείας λόγω των κενών άνωθεν των θέσεων εργασίας Ανάγκη για δημιουργία τεχνητών δαπέδων (overhand bench, κλίση>30 ο )
Μέθοδοι Υπόγειας Εκμετάλλευσης Με Κενά Μέτωπα Μπορεί να συνδυαστεί και με λιθογόμωση Μέθοδος υποχωρούντος μετώπου κατακόρυφου κρατήρα (Vertical Crater Retreat VCR)
Μέθοδος υποχωρούντος μετώπου κατακόρυφου κρατήρα (Vertical Crater Retreat VCR) Απαραίτητες προϋποθέσεις εφαρμογής της μεθόδου αυτής είναι: Μετάλλευμα μεγάλου σχετικά πάχους. Περιβάλλοντα πετρώματα επαρκώς σκληρά και ανθεκτικά. Κοιτάσματα μεγάλης κλίσης. Ουσιαστικά πρόκειται για νέα τεχνική ανατίναξης και όχι νέα τεχνική εκμετάλλευσης
Μέθοδος υποχωρούντος μετώπου κατακόρυφου κρατήρα (Vertical Crater Retreat VCR) Τα προπαρασκευαστικά έργα που απαιτούνται είναι: Στοά μεταφοράς ή φόρτωσης κατά μήκος του κοιτάσματος στο επίπεδο φόρτωσης του κάθε πατώματος. Διαμόρφωση του χώρου φόρτωσης και πλήρη υποεκσκαφή του μετώπου. Εκσκαφή του ανώτερου τμήματος του πατώματος.
Μέθοδος υποχωρούντος μετώπου κατακόρυφου κρατήρα (Vertical Crater Retreat VCR) Κατακόρυφα διατρήματα διαμέτρου 165 mm και μερικές φορές έως και 205 mm Κάνναβος διάτρησης 4 x 4 m. Γόμωση διατρημάτων με σφαιρική γόμωση («γόμωση κρατήρα») Απόσπαση κάθε φορά των κατώτερων τμημάτων (3-4m) Σφαιρική γόμωση Γόμωση στήλης όπου το μήκος της είναι μικρότερο από 6 φορές τη διάμετρό της Παράδειγμα με 4.5 kg εκρηκτικών (α) σε διάταξη με μήκος/διάμετρος= 15:1 (β) σε διάταξη με μήκος/διάμετρος= 2,7:1 (σφαιρική γόμωση). Η ακτίνα κρατήρα ήταν περίπου ίδια, όμως ο όγκοςτου κρατήρα ήταν 1,1 m3 στην περίπτωση (α) και 4.4 m3 στην (β).
Τυπική διάταξη γόμωσης κρατήρα στη μέθοδο VCR