1 طرائق استخراج الخامات المعدنية من القشرة الارضية د. سامح سعد الدين أحمد أستاذ مشارك هندسة المناجم والبيئة كلية الهندسة – جامعة المجمعة Dr. SaMeH جدة 2012
2 المحتويات مقدمة 1 - تعريفات هامة 2- الطرائق الجيوقيزيقية للكشف عن الخامات 3 - طرائق التعدين طرائق التعدين المكشوف – السطحي 4 - عناصر وتعريفات هامة للمناجم السطحية 5 - المواصفات العامة لطريقة المنجم المكشوف وأجزاء المحجر 6 - كيفية استغلال المناجم المكشوفة 7 - أنواع التعدين السطحي 8 - أهم المعدات التي تستخدم في التعدين السطحي Dr. SaMeH جدة 2012
3 مقدمة Dr. SaMeH جدة 2012
4 مقدمة تهدف هذه المحاضرات الى القاء الضوء على طرائق استخراج الخامات المعدنية من القشرة الارضية وذلك من خلال تقديم ملخص لاهم الطرائق المستخدمة حاليا في استخراج الانواع المختلفة ( كل حسب ظروف استخراجه ) مع توضيح مميزات وعيوب كل طريقة. وتنقسم المحاضرات الى جزئين رئيسيين، يهتم الجزء الاول بطرائق التعدين المكشوف ( السطحي ) Surface mining. بينما يهتم الجزء الثاني بطرائق استخراج الخامات تحت السطحية ( (Underground mining. Dr. SaMeH جدة 2012
5 1. تعريفات هامة 1. تعريفات هامة Dr. SaMeH جدة 2012
6 تعريفات هامة المنجم Mine : منشأة هندسية تعمل على استخراج الخامات المعدنية بطريقة هندسية آمنة واقتصادية. وهنالك نوعان من المناجم : مناجم سطحية ومناجم تحت الأرض. المنجم المكشوف Surface mine : يطلق على مجموعة الممرات والمنشآت المنجمية المكشوفة التي تستخدم لاستغلال الخامات. وهو عملية استخراج المعادن والفلزات، التي تقع على مقربة من سطح الأرض. تتم إزالة طبقة من التربة وباطن الأرض، وطبقات للوصول إلى الخامات. Dr. SaMeH جدة 2012
7
8 المحجر :Quarry يطلق المحجر على أمكان تواجد مواد البناء مثل الحجر الجيري والطين والسليكا ( الرمال ) وغيرها من الاحجار. فالمحجر هو منجم مكشوف لاستغلال الخامات المحجرية. Dr. SaMeH جدة 2012
9 المنجم تحت السطحي Underground mine : يطلق على مجموعة الممرات والمنشآت المنجمية التي تتم تحت الارض من أنفاق وممرات رأسية و أفقية لاستغلال الخامات من تحت الارض، ( المنجم تحت السطحي أو المنجم غير المكشوف ). Dr. SaMeH جدة 2012
10 الجيولوجي Geologist للجيولوجي دور هام لا يقل أهمية عن دور مهندس التعدين في عمليات استخراج الخامات. فالجيولوجي يستخدم خبراته الفيزيقية والكيميائية والجيولوجية في تحديد شكل وامتداد الخام والطبقات المحيطة به وما يصاحبها من تراكيب جيولوجية ويمهد لعمليات الاستخراج بتقديم الخرائط الجيولوجية اللازمة لذلك. مهندس التعدين Mining engineer : يتولى مهندس التعدين تحديد طريقة تشغيل المنجم ( سطحي أو تحت سطحي ) وتصميمه ووضع الخرائط الخاصة به وكيفية تشغيله بطريقة آمنة واقتصادية. وتكمن مهامه في فهم وادراك تأثير المنشآت المنجمية المختلفة على ما يحيط بعمليات التعدين من النواحي الفنية والتأثيرات البيئية المصاحبة، الى جانب مهام إدارة العمليات التعدينية. Dr. SaMeH جدة 2012
11 السيور الناقلة Conveyors وهي عبارة عن سيور تستخدم في نقل الخامات ومنها نوعان : السيور الحديدية Chain conveyors والسيور المطاطية Belt conveyors Dr. SaMeH جدة 2012
12 2. الطرائق الجيوفيزيقية للكشف عن الخامات 2. الطرائق الجيوفيزيقية للكشف عن الخامات Dr. SaMeH جدة 2012
13 العوامل التي يتوقف عليها الكشف الجيوفيزيقي قياس بعض الخواص الطبيعية للصخور، مثل الخواص المغنطيسية والكهربائية والإشعاعية وتجرى هذه القياسات إما على سطح الأرض أو بواسطة المساحة الجوية باستخدام طائرات خاصة لهذا الغرض مزودة بأجهزة دقيقة. تفسير القياسات الجيوفيزيقية لتحديد نوع الصخور وأعماقها وتراكيبها الثانوية. ويجب ملاحظة أن القياسات الجيوفيزيقية لا تكون ذات أهمية كبيرة إلا بعد تفسيرها تفسيرا جيولوجيا سليما. Dr. SaMeH جدة 2012
14 طرائق الكشف الجيوفيزيقي الطرائق التثاقلية ( الجاذبية ) الطرائق المغنطيسية الطرائق الكهربية الطرائق السيزمية Dr. SaMeH جدة 2012
15 3. طرائق التعدين 3. طرائق التعدين Dr. SaMeH جدة 2012
16 طرائق التعدين تستخرج معظم الثروة المعدنية بطريقتين هما طريقة التعدين السطحي وطريقة التعدين الباطني، وتعد طريقة التعدين السطحي أقل في تكاليفها من التعدين الباطني كما أنها أكثر مرونة إذ يمكن بسهولة زيادة الإنتاج أو تقليله حسب الغرض والطلب على المعدن، إلا أن هذه الطريقة أكثر تأثرا بالأحوال الجوية وتتضمن طريقة التعدين السطحي عدة طرق فرعية أبسطها الأوعية اليدوية وهي أوعية معدنية مستديرة قليلة العمق لفصل الذهب بغسله وفصله عن الأتربة. وقد حلت محلها الآلات الحديثة في تعدين هذه المعادن وكذلك تشمل الطريقة السطحية طريقة الحفر المكشوفة لاستخراج كثير من المعادن مثل الحديد الخام والنحاس والبوكسيت وغير ذلك. الذهب الحديد والنحاس والبوكسيت Dr. SaMeH جدة 2012
17 أما التعدين الباطني فأكثر تكلفة وأقل مرونة ذلك أن التوقف عن الإنتاج يتطلب صيانة مستمرة للمنجم ولذلك فإن الخامات المعدنية التي تستخرج بطريقة التعدين الباطني ينبغي أن تكون ذات قيمة عالية لتعويض تكاليف استخراجها وأبرز طرق التعدين الباطني طريقة الآبار العميقة والأنفاق مثل تعدين الفحم والرصاص والزنك والنحاس والحديد والذهب وغير ذلك وهو أقل تأثيرا في المظهر الأرضي بعكس النوع الأول من طرائق التعدين كذلك إذا لم تقوى جوانب الأنفاق فإنها قد تتعرض للانهيارات وقد تكون الآبار رأسية أو أفقية أو مائلة في الطبقات الصخرية حسب موقع المعدن بها وسهولة الوصول إليه وبالإضافة إلى هذه الطرائق هناك طريقة الضخ لاستخراج البترول والغاز الطبيعي. الفحم والرصاص والزنك البترول Dr. SaMeH جدة 2012
18 طرائق التعدين المكشوف – السطحي Dr. SaMeH جدة 2012
19 بدأ التعدين السطحي في منتصف القرن السادس عشر ، ويمارس في جميع أنحاء العالم، على الرغم من أن الغالبية العظمى من التعدين السطحي يحدث في أمريكا الشمالية ألا أنه هو الشكل السائد للتعدين في أحواض الفحم في معظم انحاء العالم. ويعد منجم بنجهام Bingham Canyon Mine والذي يعرف أيضا بأسم " كينكوت " Kennecott Copper Mine من أكبر مناجم العالم من حيث العمق، وهو منجم للنحاس يقع بالولايات المتحدة الاميريكية وبدء تشغيله منذ عام 1906 م. إذ يبلغ عمقع حفرة التعدين حوالي 1.2 كم وعرضها 4 كم ويشغل مساحة تصل الى 7.7 كم مربع ويحتوي على 60 مصطبة. Dr. SaMeH جدة 2012
20 صورة لأعمق منجم سطحي في العالم – التقطت سنة 1985
Dr. SaMeH جدة أهم المناجم السطحية في الشرق الاوسط وافريقيا أسم المنجمالدولةالمنتجطريقة التشغيل Ahafo غاناذهبمنجم سطحي Siguiri غينياذهب منجم سطحي Letseng ليسوتوماس منجم سطحي Ambatovy مدعشقرنيكل منجم سطحي Husab Uranium Project ناميبيايورانيوم منجم سطحي Rossing ناميبيا يورانيوم منجم سطحي Navachab ناميبيا ذهب منجم سطحي Marikana Platinum جنوب افريقيابلاتين منجم سطحي Venetia جنوب افريقياماس منجم سطحي Geita تنزانياذهبمنجم سطحي
22 4. عناصر وتعريفات هامة للمناجم السطحية 4. عناصر وتعريفات هامة للمناجم السطحية Dr. SaMeH جدة 2012
23 صورة توضح بعض عناصر المنجم السطحي قطاع راسي في منجم سطحي ( مكشوف )
24 يتم استخراج الخام في طريقة المنجم المكشوف بتقطيع الخامات إلى شرائح أفقية. ويأخذ المحجر أو المنجم السطحي شكلا متدرجا نتيجة استغلال عدد من هذه الشرائح في وقت واحد. المصطبة Slope : تتميز كل مصطبة بالعناصر آلاتية كما هو موضح بالقطاع الرأسي من المنجم السطحي : السطح العلوي ( 1 ) ، السطح السفلى ( 2 ) ، منحدر المصطبة ( 3). الحاجب العلوي : هو خط تقاطع منحدر المصطبة مع السطح العلوي. Dr. SaMeH جدة 2012
25 الحاجب السفلى : هو خط تقاطع منحدر المصطبة مع السطح السفلى. ميل منحدر المصطبة (α): الزاوية التي يصنعها منحدر المصطبة مع المستوى الأفقي. خط الانحدار المتحرك ( 4): هو الخط الذي بين الحاجب العلوي والسفلى أثناء عمليات الاستغلال. Dr. SaMeH جدة 2012
26 زاوية الانحدار المتحرك (1α): هي الزاوية التي يصنعها خط الإنحدار المتحرك مع المستوى الأفقي في الجانب الشغال وهى اقل من زاوية انحدار الجانب غير الشغال (2α) وتتراوح ما بين 15 ، 30 درجة. زاوية ميل خط الانحدار (β) : هي الزاوية التي يصنعها خط الانحدار مع المستوى الأفقي ويختلف ميل الخط باختلاف عمق المحجر وثبات الصخور و يتراوح من 35 : 50 ْ. ( جـ 2 ): هي المسافة الراسية بين سطحي المصطبة العلوي والسفلى ويتراوح بين 15 ، 10 متر. ( جـ ): في الشكل تعنى اكبر عمق خطط عليه المحجر ( حد الارتفاع ). خط الانحدار ( 5 ): هو الخط الذي يصل الحاجب العلوي والسفلى من احد جوانبه. Dr. SaMeH جدة 2012
27 5. المواصفات العامة لطريقة المنجم المكشوف وأجزاء المحجر 5. المواصفات العامة لطريقة المنجم المكشوف وأجزاء المحجر Dr. SaMeH جدة 2012
28 مستوى التشغيل : هو سطح المصطبة التي توضع عليها آلات الاستخراج. عمليات الحش : هي عبارة عن عمليات استخراج الخامات. عمليات الإزاحة : هي عبارة عن عمليات إبعاد صخور النفاية. الترنش الرئيسي : هو عبارة عن ممر سائل يشبه القناة يعمل على توصيل كل مستوى تشغيل بالمستويات التي تعلوه. الترنشات القاطعة : هي عبارة عن امتداد للترنشات الرئيسية و تعمل على تجهيز مستوى التشغيل لعمليات الحش و ليس لها ميل. Dr. SaMeH جدة 2012
29 الجوانب : هي أسطح جانبية تحدد المحجر و تنقسم إلى : الجوانب الشغالة : وهي الجوانب تتم فيها عمليات الحش أو الإزاحة. الجوانب غير الشغالة : و هي الجوانب التي لا تتم فيها عمليات الحش والإزاحة وتوزع عليها غالباً مساحات تخصص لعمليات النقل وأخرى لضمان سلامة العمل وتستخدم مساحات النقل لتوزيع طرق المواصلات وتتحدد مساحتها بأبعاد الناقلات التي تتحرك عليها وعدد الطرق المطلوبة. تبدأ أعمال الحش باستغلال جانب واحد أو جانبين من الترنش الرئيسي وبعد الانتهاء من عمليات استغلال احد جوانب الترنش يجرى استغلاله كممر. Dr. SaMeH جدة 2012
30 6. كيفية استغلال المناجم المكشوفة 6. كيفية استغلال المناجم المكشوفة Dr. SaMeH جدة 2012
31 يتم فتح طريق إلى الخام و تجهيز و القيام بعمليات الإزاحة و الحش و كل عملية تتكون من عمليات تكسير ، تعبئة ، نقل ، تكويم. التكسير : تتم بواسطة وسائل الحفر والتفجير من حفر الآبار وشحنها بالمتفجرات ثم تفجيرها. التعبئة : وتتم بواسطة الكراكات والتي تقوم بالتعبئة وهي تستخدم في حالة الصخور الرخوة دون استخدام المفرقعات. النقل : هناك وسائل تستخدم في عمليات النقل مثل السيارات ( اللوري ) ووسائل النقل على القضبان والسيور. التكويم : بوضع صخور النفاية على شكل أكوام في أماكن مخصصة لذلك ويستخدم لذلك ناقلات خاصة. Dr. SaMeH جدة 2012
32 7. أنواع التعدين السطحي 7. أنواع التعدين السطحي Dr. SaMeH جدة 2012
33 التعدين السطحي بالمثقب اللولبي تتم جميع عمليات التعدين السطحي غالبًا بالتجريد أو الكشط بمعنى أن عملياته تبدأ بكشط وإزالة الغطاء الصخري والتربة من فوق الخام. فتتكشف راقات الخام. وأكثر ما يستخدم في أستخراج خامات الفحم الحجري التي تتواجد على جوانب التلال أو الجبال. ويجري تعدين هذه الراقات من على سطح الأرض بدون إزالة أي غطاء، ويستعمل عمال المناجم آلات تسمى المثاقب اللولبية التي تنتزع الفحم الحجري. وتسمى هذه الطريقة من التعدين السطحي التعدين بالمثقب اللولبي Dr. SaMeH جدة 2012
34
35 التعدين بالتجريد يعتمد على استخدام آلات قوية تقوم باقتلاع الغطاء الصخري ورميه خارج المقتلع ( ويسمى الغطاء المقتلع بالتلف ). ومع مرور الزمن يمكن أن يغطي منجم التعدين بالتجريد وتوالفه مساحة واسعة من الأرض. كما أن حفر واقتلاع مساحات شاسعة من الأرض يمكن أن تكون قد تسبّبت في الماضي في مشاكل بيئية خطيرة. ونتيجة لذلك تفرض بعض الحكومات على أصحاب المناجم استصلاح الأراضي التي تم تجريدها، بمعنى إعادة هذه الأراضي إلى وضعها الأصلي قدر الإمكان. Dr. SaMeH جدة 2012
التعدين باالتجريد يعتمد على آليات إزالة الأتربة العملاقة مثل تلك التي تظهر في أعلى هذه الصورة. إن مزيلات الأتربة تجرد وتكشط التربة والصخر الواقع فوق ترسب الفحم الحجري. وتقوم آلية اقتلاع الفحم الحجري ( وسط الصورة ) بغرف الفحم الحجري وتحميله في الشاحنة. Dr. SaMeH جدة
37 8. أهم المعدات التي تستخدم في التعدين السطحي 8. أهم المعدات التي تستخدم في التعدين السطحي Dr. SaMeH جدة 2012
38 معدات التعدين السطحي عادة ما تستخدم المناجم المكشوفة ( السطحية ) الحديثة معدات ميكانيكية في حالة وجود الخام والغطاء الصخري بكميات كبيرة. وفي أغلب الحالات تكون هذه المعدات كبيرة الحجم. في حالة ما اذا كانت الخامات أو الغطاء الصخري غير متماسكة أو متوسطة الصلابة فإنه يم تكشيف الخام باستخدام الكركات او الجاروف الميكانيكي وتنقل بواسة الشاحنات أو القلابات. أما إذا كانت الصخور صلبة، فإنه يتم نسفها بالتفجير قبل نقلها. وتشمل معدات الحفر الكاشفات ( معدات التكشيف ) مثل الجاروف الميكانيكي ومعدات التكشيف ذات الصناديق المتصلة بجنزير والكاشطات والبلدوزرات. Dr. SaMeH جدة 2012
39 أحد انواع الكاشفات التي تستخدم جاروف وحبل صلب
Dr. SaMeH جدة أحد أنواع الجرافات التي تستخدم في ازالة بعض أنواع الصخور في المناجم السطحية
Dr. SaMeH جدة أحد أنواع العربات التي تستخدم في تحميل ونقل الصخور في المناجم السطحية.
Dr. SaMeH جدة صورة لأحد معدات استخراج الفحم اثناء التشغيل – تكشيف بالكراكة
Dr. SaMeH جدة صورة لأحد معدات الحفر التي تستخدم في حفر ابار التفجير او الاستخراج السطحي للخامات