Σχεδιασμός Υπαίθριων Εκμεταλλεύσεων Ενότητα 2: Βασική μεταλλευτική ορολογία και τύποι εκμετάλλευσης Μ. Μενεγάκη
Άδεια Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άδεια χρήσης άλλου τύπου, αυτή πρέπει να αναφέρεται ρητώς.
Βασικοί ορισμοί και στοιχεία του σχεδιασμού 3 Άγονα και Υπερκείμενα Το χωρίς οικονομική σημασία πέτρωμα που περιβάλλει το κοίτασμα. Άγονα χαρακτηρίζονται και τα χαμηλής ποιότητας μεταλλεύματα των οποίων η επεξεργασία μετά την εξόρυξη είναι ασύμφορη. Υπερκείμενα χαρακτηρίζονται τα άγονα που υπέρκεινται του κοιτάσματος και πρέπει να απομακρυνθούν για να πραγματοποιηθεί η εκμετάλλευση.
Βασικοί ορισμοί και στοιχεία του σχεδιασμού 4 Αποκάλυψη Η εξόρυξη και απομάκρυνση των αγόνων από το μέτωπο. Ως σχέση αποκάλυψης ή σχέση εκμετάλλευσης ορίζεται ο αριθμός των μονάδων όγκου ή βάρους αγόνων που πρέπει να απομακρυνθούν για να αποκαλυφθεί μια μονάδα μεταλλεύματος. ΣΑ = ΑΓΟΝΑ (m 3 ) ΧΡΗΣΙΜΟ ΣΥΣΤΑΤΙΚΟ (ton ή m 3 )
Βασικοί ορισμοί και στοιχεία του σχεδιασμού 5 Σχέση εκμετάλλευσης ΥΠΕΡΚΕΙΜΕΝΑ ΥΠΕΡΚΕΙΜΕΝΑ ΛΙΓΝΙΤΗΣ ΛΙΓΝΙΤΗΣ ΕΝΔΙΑΜΕΣΑ ΛΙΓΝΙΤΗΣ ΣΑ = ΥΠΕΡΚΕΙΜΕΝΑ (m 3 ) ΛΙΓΝΙΤΗΣ(ton ή m 3 ) ΣΕ = ΥΠΕΡΚΕΙΜΕΝΑ + ΕΝΔΙΑΜΕΣΑ (m 3 ) ΛΙΓΝΙΤΗΣ(ton ή m 3 ) Σχ. 2.1: Σχέση εκμετάλλευσης
Βασικοί ορισμοί και στοιχεία του σχεδιασμού 6 Κλίση πρανούς Η γωνία ή η κλιτύς ενός πρανούς με το οριζόντιο επίπεδο. Γωνία κατολίσθησης Η κλίση του πρανούς στην οποία ξεκινά η κατολίσθηση. Γωνία φυσικού πρανούς Η μέγιστη κλίση υπό την οποία σωρός χαλαρού ή θραυσθέντος υλικού βρίσκεται σε ισορροπία.
Βασικοί ορισμοί και στοιχεία του σχεδιασμού 7 Βαθμίδα Είναι η συνήθης μορφή ενός μετώπου παραγωγής. Αποτελείται από δύο ελεύθερες επιφάνειες: μια οριζόντια και μια κατακόρυφη ή κεκλιμένη με μεγάλη κλίση. Κάθε βαθμίδα αποτελεί μονάδα παραγωγής. Οροφή Φρύδι Ύψος β Πρόσοψη β Πλάτος Δάπεδο Πόδι Κλίση βαθμίδας Σχ. 2.2: Βαθμίδα
Βασικοί ορισμοί και στοιχεία του σχεδιασμού 8 Κλίση πρανούς εκμετάλλευσης Η κλίση που έχουν τα πρανή της εκμετάλλευσης προς το οριζόντιο επίπεδο οποιαδήποτε στιγμή κατά τη διάρκεια της εκμετάλλευσης. Μέγιστη, τελική ή οριακή κλίση είναι η κλίση στην οποία μπορεί να φθάσει ακίνδυνα η εκμετάλλευση κατά την τελική φάση. Πίνακας 2.1: Ασφαλείς γωνίες πρανών βαθμίδων διαφόρων πετρωμάτων
Βασικοί ορισμοί και στοιχεία του σχεδιασμού 9 Σχ. 2.3: Βαθμίδες εκμετάλλευσης
Βασικοί ορισμοί και στοιχεία του σχεδιασμού 10 Υπολογισμός κλίσης πρανούς για 2 βαθμίδες Για κλίση βαθμίδας β, ύψος βαθμίδας Η και πλάτος βαθμίδας t H β H β α t H α t φ tanφ = t 2H + 2α φ = 1 tan t 2Η 2H + tanβ α α = H tanβ
Βασικοί ορισμοί και στοιχεία του σχεδιασμού 11 Τελική περίμετρος εκμετάλλευσης Η μέγιστη οριζόντια ανάπτυξη της εκμετάλλευσης στην επιφάνεια του εδάφους. Εσωτερική και εξωτερική απόθεση Ο χώρος στον οποίο θα αποτεθούν τα άγονα υλικά της εξόρυξης. Όταν η απόθεση πραγματοποιείται εντός της τελικής περιμέτρου της εκμετάλλευσης ονομάζεται εσωτερική, ενώ όταν πραγματοποιείται εκτός, εξωτερική.
Βασικοί ορισμοί και στοιχεία του σχεδιασμού 12 τελική περίμετρος εκμετάλλευσης κλίσεις πρανών σε διάφορα τμήματα τελική περίμετρος βάσης Σχ. 2.4: Κλίσεις πρανών και περίμετρος εκμετάλλευσης
Επιλογή μεταξύ επιφανειακής και υπόγειας εκμετάλλευσης 13 ΚΟΙΤΑΣΜΑΤΑ ΚΟΝΤΑ ΣΤΗΝ ΕΠΙΦΑΝΕΙΑ Ή ΣΧΕΤΙΚΑ ΜΙΚΡΟΥ ΒΑΘΟΥΣ ΒΑΘΙΑ ΜΙΚΡΗΣ ΚΛΙΜΑΚΑΣ ΕΚΜΕΤΑΛΛΕΥΣΕΙΣ ΥΠΑΙΘΡΙΕΣ ΕΚΜΕΤΑΛΛΕΥΣΕΙΣ ΥΠΟΓΕΙΕΣ ΕΚΜΕΤΑΛΛΕΥΣΕΙΣ Σχ. 2.5: Επιλογή τύπου εκμετάλλευσης
Επιλογή μεταξύ επιφανειακής και υπόγειας εκμετάλλευσης 14? Σχ. 2.6: Επιλογή τύπου εκμετάλλευσης
Επιλογή μεταξύ επιφανειακής και υπόγειας εκμετάλλευσης 15 Οριακή σχέση εκμετάλλευσης R E R E = Κόστος/ton υπόγειας εκμετάλλευσης - Κόστος/ton υπαίθριας Κόστος αποκάλυψης/ton αγόνων Το σημείο τομής των δύο καμπυλών καθορίζει το βάθος πέρα από το οποίο η επιφανειακή εκμετάλλευση χαρακτηρίζεται οικονομικά ασύμφορη και θα πρέπει να προτιμηθεί η υπόγεια. Σχ. 2.7: Οριακή σχέση εκμετάλλευσης
Πλεονεκτήματα- Μειονεκτήματα υπαίθριας εκμετάλλευσης Πλεονεκτήματα: Δυνατότητα εκλεκτικής εκμετάλλευσης Υψηλός συντελεστής απόληψης Χαμηλότερο κόστος παραγωγής Δυνατότητα παραγωγής μεγάλων διαστάσεων όγκων κατάλληλων για ειδικές κατασκευές Ευελιξία στην παραγωγή Μειονεκτήματα: Άμεση επίδραση καιρικών συνθηκών Καταστροφή του φυσικού περιβάλλοντος από την εξόρυξη και την απόθεση των αγόνων. 16
Τύποι εκμεταλλεύσεων 17 1. Επιφανειακή εκμετάλλευση κοιτασμάτων κατά λωρίδες (Strip mining). Περιφερειακή εκμετάλλευση (Contour Mining) Εκμετάλλευση ευρείας περιοχής (Area Mining) 2. Επιφανειακή εκμετάλλευση με βαθμίδες για κοιτάσματα μεγάλης οριζόντιας εξάπλωσης (Terrace mining). 3. Επιφανειακή εκμετάλλευση χοανοειδούς μορφής (Conical pit). 4. Επιφανειακή εκμετάλλευση με ανοιχτές βαθμίδες. Η επιλογή του τύπου εκμετάλλευσης εξαρτάται από τη γεωμετρία και τα χαρακτηριστικά του κοιτάσματος.
Τύποι εκμεταλλεύσεων 18 Εκμετάλλευση κατά λωρίδες (Strip Mining) Σχ. 2.8: Εκμετάλλευση κατά λωρίδες
Τύποι εκμεταλλεύσεων 19 Περιφερειακή εκμετάλλευση (Contour Mining) Αναπτύσσεται σε λοφώδες περιβάλλον όταν τα κοιτάσματα είναι οριζόντια ή σχεδόν οριζόντια, όπου ένα απότομο πρανές οριοθετεί το εύρος που μπορεί να είναι οικονομικά εκμεταλλεύσιμο. Σχ. 2.9: Περιφερειακή εκμετάλλευση Εικόνα 2.1: Περιφερειακή εκμετάλλευση
Τύποι εκμεταλλεύσεων 20 Mountain top removal Eικόνα 2.2: Mountain top removal
Τύποι εκμεταλλεύσεων 21 Εκμετάλλευση ευρείας περιοχής (Area Mining) Εφαρμόζεται όταν η επιφάνεια του εδάφους και το κοίτασμα είναι σχετικά οριζόντια, έτσι ώστε η ευρύτερη περιοχή να μπορεί να εκμεταλλεύεται από μία διαδοχή λωρίδων (strips). Σχ. 2.10: Εκμετάλλευση ευρείας περιοχής
Τύποι εκμεταλλεύσεων 22 Επιφανειακή εκμετάλλευση με βαθμίδες για κοιτάσματα μεγάλης οριζόντιας εξάπλωσης (Terrace Mining) Όταν τα υπερκείμενα ή και το μετάλλευμα έχουν πολύ μεγάλο πάχος, τότε πρέπει να μεταφέρονται περιφερειακά γύρω από την τάφρο εκμετάλλευσης με ταινιόδρομους, τραίνα ή φορτηγά αυτοκίνητα και να αποτίθενται στον κενό εξοφλημένο χώρο του ορυχείου. Στα ορυχεία αυτά πρέπει σχεδόν πάντα να επιτυγχάνονται οικονομίες μεγάλης κλίμακας.
Τύποι εκμεταλλεύσεων 23 Επιφανειακή εκμετάλλευση χοανοειδούς μορφής (Conical pit) Η μέθοδος αυτή χρησιμοποιείται για την εκμετάλλευση κοιτασμάτων ακανόνιστου σχήματος (σωληνοειδή, stockworks) καθώς και έντονα κεκλιμένων στρωσιγενών κοιτασμάτων. Εικόνα 2.3: Επιφανειακή εκμετάλλευση χοανοειδούς μορφής
Τύποι εκμεταλλεύσεων 24 Επιφανειακή εκμετάλλευση χοανοειδούς μορφής (Conical pit) Η μορφή του ορυχείου πολλές φορές αποκλίνει σημαντικά από το σχήμα της χοάνης (ανεστραμμένου κώνου) διότι προσαρμόζεται κάθε φορά στις γεωμετρικές ανωμαλίες και στις διακυμάνσεις της ποιότητας του κοιτάσματος. Εικόνα 2.4: Επιφανειακή εκμετάλλευση χοανοειδούς μορφής
Τύποι εκμεταλλεύσεων 25 Επιφανειακή εκμετάλλευση με ανοιχτές βαθμίδες Η μέθοδος αυτή είναι η πλέον χρησιμοποιούμενη μέθοδος εκμετάλλευσης κοιτασμάτων στην Ελλάδα, ειδικά όσον αφορά στα μάρμαρα και στα αδρανή υλικά.
Τύποι εκμεταλλεύσεων 26 Επιφανειακή εκμετάλλευση με ανοιχτές βαθμίδες Η μορφή του ορυχείου προσαρμόζεται στις εκάστοτε γεωμορφολογικές συνθήκες και στις ιδιαιτερότητες του κοιτάσματος. Εικόνα 2.5: (α) και (β) Επιφανειακή εκμετάλλευση με ανοιχτές βαθμίδες
Κατάλογος Αναφορών Εικόνων 27 Εικόνα 2.1: Περιφερειακή εκμετάλλευση, http://teeic.indianaffairs.gov/er/coal/restech/tech Εικόνα 2.2: Mountain top removal, http://mountainroadshow.com/gallery Εικόνα 2.3: Επιφανειακή εκμετάλλευση χοανοειδούς μορφής, http://mdiamonds.blogspot.gr Εικόνα 2.4: Επιφανειακή εκμετάλλευση χοανοειδούς μορφής, http://woodywander.blogspot.gr/2011/12/bingham-canyon-mine-united-states.html Εικόνα 2.5: (α) και (β) Επιφανειακή εκμετάλλευση με ανοιχτές βαθμίδες, Εργαστήριο Μεταλλευτικής Τεχνολογίας και Περιβαλλοντικής Μεταλλευτικής, ΕΜΠ
Κατάλογος Αναφορών Σχημάτων (1/2) 28 Σχ. 2.1: Σχέση εκμετάλλευσης, Μ. Μενεγάκη (Προσωπικό αρχείο). Σχ. 2.2: Βαθμίδα, Μ. Μενεγάκη (Προσωπικό αρχείο). Σχ. 2.3: Βαθμίδες εκμετάλλευσης, Μ. Μενεγάκη (Προσωπικό αρχείο). Σχ. 2.4: Κλίσεις πρανών και περίμετρος εκμετάλλευσης, Kennedy, Β.Α.(ed.) (1990). Surface Mining, 2nd edition, Society for Mining, Metallurgy, and Exploration, Inc. Σχ. 2.5: Επιλογή τύπου εκμετάλλευσης, Τερεζόπουλος, Ν. (2003). Μέθοδοι Υπαιθρίων Εκμεταλλεύσεων, Σημειώσεις, Σχολή Μηχανικών Μεταλλείων Μεταλλουργών, Ε.Μ.Π. Σχ. 2.6: Επιλογή τύπου εκμετάλλευσης, Τερεζόπουλος, Ν. (2003). Μέθοδοι Υπαιθρίων Εκμεταλλεύσεων, Σημειώσεις, Σχολή Μηχανικών Μεταλλείων Μεταλλουργών, Ε.Μ.Π. Σχ. 2.7: Οριακή σχέση εκμετάλλευσης, Τερεζόπουλος, Ν. (2003). Μέθοδοι Υπαιθρίων Εκμεταλλεύσεων, Σημειώσεις, Σχολή Μηχανικών Μεταλλείων Μεταλλουργών, Ε.Μ.Π. Σχ. 2.8: Εκμετάλλευση κατά λωρίδες, Τερεζόπουλος, Ν. (2003). Μέθοδοι Υπαιθρίων Εκμεταλλεύσεων, Σημειώσεις, Σχολή Μηχανικών Μεταλλείων Μεταλλουργών, Ε.Μ.Π. Σχ. 2.9: Περιφερειακή εκμετάλλευση, Τερεζόπουλος, Ν. (2003). Μέθοδοι Υπαιθρίων Εκμεταλλεύσεων, Σημειώσεις, Σχολή Μηχανικών Μεταλλείων Μεταλλουργών, Ε.Μ.Π.
Κατάλογος Αναφορών Σχημάτων (2/2) 29 Σχ. 2.10: Εκμετάλλευση ευρείας περιοχής, Τερεζόπουλος, Ν. (2003). Μέθοδοι Υπαιθρίων Εκμεταλλεύσεων, Σημειώσεις, Σχολή Μηχανικών Μεταλλείων Μεταλλουργών, Ε.Μ.Π.
Κατάλογος Αναφορών Πινάκων 30 Πίνακας 2.1: Ασφαλείς γωνίες πρανών βαθμίδων διαφόρων πετρωμάτων, Τσουτρέλης, Χ. (1990). Υπαίθριοι Εκμεταλλεύσεις Μέρος Α, Εκδόσεις Ε.Μ.Π.
Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα Ε.Μ.Π.» έχει χρηματοδοτήσει μόνο τη αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους.