استخراج زیر زمینی در کشورهای مختلف دنیا

استخراج زیر زمینی در کشورهای مختلف دنیا

برگرفته از مقاله Dr Nicola Careddu
ترجمه و ویرایش: سعید نجاتی
واحد تولید محتوای شرکت روشان روز (مرکز اطلاعات سنگ ایران)

مقدمه

سنگ های ساختمانی قرن هاست که در قسمت های خاصی از اروپا به روش زیر زمینی استخراج می شوند. در قرن بیستم، قوانین سخت ‌گیرانه گاهی اوقات استخراج معادن در فضای باز را محدود می‌ کنند و در نتیجه در شرایط مساعد زمین‌ شناسی، استخراج زیرزمینی انجام می ‌شود. در این میان جنبه های اقتصادی بسیار مهم است. در این گزارش، برخی از معادن سنگ فعال شناسایی و بررسی شده اند.

چرا صاحبان یک معدن سنگ ساختمانی باید به فکر “استخراجی زیرزمینی” باشند؟ پارکر (1996) سه مزیت را شناسایی کرده است: 1) توسعه سطحی و نگرانی های زیست محیطی کمتر مورد توجه قرار می گیرند. 2) الزامات حذف و بازیابی معدن وجود ندارد و 3) ذخایر اضافی سنگ اغلب در زیر کف معدن، زیر شیب ها یا زیر زمین های مجاور موجود است.
مزایای دیگری نیز وجود دارد از جمله کار در آب و هوای پایدار (بدون بارندگی، یخبندان یا بادهای شدید). البته معایبی نیز وجود دارد از جمله اینکه هزینه باز کردن اولیه ی سینه کار بالاتر بوده و مسائل ایمنی مطرح است. با این حال، پارکر بر این باور است که “در نهایت همه¬ی معادن به زیرزمین هدایت می شوند”. طبق گزارش ها بیش از 120 معدن زیرزمینی در ایالات متحده وجود دارد که محصول نهایی آنها سنگ خرد شده است.
سه روش اساسی برای استخراج زیرزمینی سنگ طبیعی وجود دارد:
(الف) تونل زنی
(ب) استخراج از ستون های بزرگ
ج) استخراج اتاق و پایه

 

نمونه معروف روش (الف) را می ‌توان در معدنی در Candoglia، نزدیک دریاچه Maggiore یافت، جایی که سنگ برای بازسازی کلیسای جامع میلان (Il Duomo) از اوایل قرن پانزدهم استخراج شده است. نمونه دیگری را می توان در معدنی در منطقه ی Puglia جنوب ایتالیا یافت.
سنگ ماربل سرپانتینتیک Verde Patrizia در حال حاضر در Val d´Aosta با استفاده از روش ستون بزرگ (b) استخراج می شود.
روش اتاق‌ و پایه (ج) عمدتاً در ذخایر عظیم سنگ آهک یا ماربل استفاده می‌ شود. در ایتالیا معادن سنگ زیادی وجود دارد که روش (c) در آنها به کار گرفته شده است، به ویژه در ناحیه Apuan Alps که در آن سنگ ماربل معروف Carrara استخراج می شود. مناطق دیگر عبارتند از Liguria که در آن سنگ اسلیت استخراج می شود و Val Brembana لمباردی در شمال ایتالیا که سنگ ماربل Arabescato Orobico در آنجا استخراج می شود.

به نظر می رسد که در ابتدا برخی از رومیان باستان برای استخراج سنگ به زیرزمین رفتند، بنابراین در این مقاله بررسی از ایتالیا آغاز می شود.

ایتالیا

استخراج زیرزمینی سنگ طبیعی در چندین سایت در ایتالیا انجام می شود. در حال حاضر این کار با استفاده از فناوری هایی انجام می شود که باعث آسیب به سنگ نمی شود، یعنی بدون استفاده از مواد منفجره. به دلیل فضاهای خالی (اتاق ها یا پایه ها) ایجاد شده، مشکلات پایداری بیشتری نسبت به استخراج معادن روباز وجود دارد، اما هیچ تفاوت اساسی در فناوری برش وجود ندارد. ترکیب مناسبی از اره زنجیری و سیم برش الماسه از اواخر دهه 1970 با موفقیت مورد استفاده قرار گرفته است.

امروزه حدود 10 درصد از ذخایر ماربل در منطقه آلپ (رشته کوه مهم اروپا) از زیر زمین استخراج می شوند. استخراج سنگ های سیلیسی مانند گرانیت در زیر زمین با مشکلاتی از نظر ماهیت عملی و اقتصادی همراه است. تنها فناوری واترجت، همراه با سیم برشه الماسه، با الزامات لازم مطابقت دارد، اما در حال حاضر برای اجرای عملی بسیار گران است.
انتخاب تجهیزات و روش استخراج به عوامل مختلفی از جمله اندازه بلوک، وسایل حمل و نقل موجود در بازار و در نهایت پارامترهای پایداری سازه (Careddu et al, 2010a) و پشتیبانی سنگ بستگی دارد. ملاحظات عملکرد بهینه بلوک های اره بری شده، ایمنی محل کار و استفاده بعدی از اتاقک های زیرزمینی نیز مهم هستند.
مطالعات ژئومکانیکی باید شامل بررسی‌ های برجا، آزمایش ‌های آزمایشگاهی، مدل‌ سازی و پایش عددی و تحلیلی باشد (فررو، 2001).
اولین بهره برداری زیرزمینی از یک کانسار سنگ آهک در ساردینیا، ایتالیا در شرف آغاز است. عوامل متعددی وجود دارد که منجر به استخراج زیر زمینی شد. اولاً، افکار عمومی محلی و توسعه یک سیاست حفاظت از محیط زیست منجر به محدودیت‌ های بیشتر برای استخراج معادن در فضای باز شده بود. علاوه بر این، در منطقه Orosei می توانید به سنگ های با کیفیت بهتر برسید. در نهایت با رفتن به زیرزمین باطله کمتری تولید می شود.
پروژه Orosei شامل تبدیل یک منطقه معدن روباز به نام “Su Cuccumiau” به معدن زیرزمینی است. تغییر به تدریج انجام خواهد شد، زیرا لازم است تراس های موجود مجدداً پایدارسازی شوند تا ایمنی ساختاری زیرزمینی تضمین شود. طی 10 سال آینده، تولید بلوک های زیرزمینی آغاز شده و توسعه می باید و به طور همزمان، استخراج معادن روباز ادامه خواهد داشت.
پس از گذشت حدود 40 سال، تنها حدود 12 درصد از ذخایر اثبات شده در Orosei استخراج شده است و تنها حدود 70 هکتار زمین تحت تأثیر فعالیت های استخراج معدن قرار گرفته است.
این کوه عمدتاً از سنگ آهک مزوزوئیک و لایه‌های دولومیتی مربوط به دوران ژوراسیک و کرتاسه تشکیل شده است. زمین شناسی مزوزوئیک باعث ایجاد یک سنگ آهکی متراکم با طیف های مختلف رنگ بژ از جمله روشن، رگه ای و ابر مانند شده است. اگرچه Orosei از نظر تجاری به عنوان “ماربل” توصیف می شود، اما از نظر فنی سنگ های آهکی و دولومیت هستند که منشاء دگرگونی ندارند.

انگلستان

رومی ها در سال 43 پس از میلاد برای استعمار جزایر بریتانیا وارد عمل شدند. در شهر بیر واقع در شرق دوون، یک سنگ ساختمانی با کیفیت کشف شد. گزارش ها حاکی است که کار زیرزمینی به این دلیل انجام شد که سکه ها و سفال های رومی در این مکان یافت شد. حدود 1800 سال بعد، سنگ آهک به طور گسترده در چندین سایت در انگلستان از جمله دادلی در میدلندز و گادستون در جنوب انگلستان استخراج شد. در ولز، سنگ زیادی از زیر زمین استخراج شد. امروزه فقط سنگ آهک (لایم استون) عمدتاً از مناطق بث و پورتلند از زیر زمین استخراج می شود. آقای شهرام حکیم زاده عملیات معدن بث هانسون و پورتلند را اداره می کند.

پورتلند

از سنگ پرتلند برای ساخت کلیسای جامع سنت پل و کاخ باکینگهام استفاده شده است. اگرچه این سنگ هنوز تقاضای زیادی دارد، استخراج بیشتر از سطح جزیره ‌ای به ابعاد 7 در 3 کیلومتر قابل قبول نبود، بنابراین طرحی برای استخراج از زیرزمین تهیه شد. معدن آزمایشی Bowers در اکتبر 2002 با استفاده از تکنیک های پیشرفته حفاری، سیم برش الماسه و تجهیزات ویژه «Jet-belt» وارداتی از ایتالیا افتتاح شد. لایه ای از سنگ آهک با کیفیت بالا به ضخامت متوسط 6 متر در حال استخراج است.

کرواسی

رومی ها (و یونانیان قبل از آنها) سنگ ساختمانی را در امتداد سواحل ایستریا و دالماسیا کشف کردند. فناوری استخراج مدرن به کرواسی کمک کرده است تا به یک صادرکننده مهم سنگ آهک با کیفیت تبدیل شود. مهندس معدن ایوان کاتمن در مونوگراف KAMEN PAZIN 1954-2004 نوشت: “نگرانی فزاینده برای حفاظت از محیط زیست، گسترش مناطق معدنی را مشکل ساز می کند. استخراج زیرزمینی دو مزیت عمده دارد: امکان کار در هر شرایط آب و هوایی و حداقل تأثیر زیست محیطی. در سال 2002 کامن پازین اولین نوع سیستم برش کامپیوتری GU 70 خود را که توسط Fantini ایتالیا عرضه شده بود تحویل گرفت. این سیستم می تواند دهانه هایی تا ارتفاع 5.3 متر و با هر عرض ایجاد کند. اندازه اتاق های ایجاد شده در زیر زمین، کار با استفاده از ماشین آلات بارگیری و حمل و نقل را تسهیل می کند. یکی دیگر از معادن کامن پازین، در محدوده امروزی شهر پولا قرار دارد، به طوری که استخراج سنگ تنها می تواند در زیر زمین ادامه یابد.

اسلوونی

استخراج زیرزمینی ماربل رنگی در سال 1993 در سایتی متعلق به Marmor Hotavlje در حدود 50 کیلومتری شمال غربی لیوبلیانا آغاز شد. حجم تولید سالانه فعلی حدود 500 متر مکعب است. در غرب و نزدیک مرز ایتالیا،Marmor Sezana قرار دارد که در آن سنگ ماربل رنگی جذابی استخراج می شود که همچنان در اسلوونی و کشورهای مجاور محبوب است.

بلژیک

سنگ ماربل مشکی Noir Belge در Golzinne، جنوب غربی بروکسل استخراج می شود. رنگ سیاه این «ماربل» که در ویلاهای رومی ساخته شده در حدود 2000 سال پیش یافت می‌شود، به دلیل محتوای بالای مواد آلی است. این سنگ یک سنگ رسوبی آهکی دانه ریز با سن زمین شناسی دونین بالایی است که در لبه شمالی حوضه رسوبی نامور یافت می شود. زمانی استخراج سنگ های طبیعی در بسیاری از مکان ها در جنوب غربی بلژیک انجام می شد، اما تعداد آنها اکنون بسیار محدود است. امروزه در Golzinne سالانه حدود 200-250 مترمکعب از Noir Belge استخراج می شود. فرانسیس کزیریان متخصص زمین شناس می گوید که گالری ها 10 متر عرض و 330 متر ارتفاع دارند. استخراج زیرزمینی در اینجا در سال 1928 آغاز شد. استخراج معدن در حال حاضر حدود 70 متر زیر زمین در عمیق ترین قسمت انجام می شود.

پرتغال

شرکت Pereira Gomes & Carvalho Ldaدارای 3 معدن زیرزمینی در این کشور است. اگرچه این شرکت هنوز دارای ذخایر قابل توجهی در معادن کنونی خود است، اما اکتشاف در مساحتی حدود 50،000 متر مربع، ذخایر کافی برای افتتاح 10 معدن جدید را آشکار کرده است. ظرفیت تولید فعلی حدود 7،000 تن در سال است. حدود 80 درصد از اسلب ها، تایل ها و سایر محصولات فرآوری شده به چندین کشور اروپایی، ژاپن و ایالات متحده آمریکا صادر می شوند.

 

اسپانیا

بیش از 800 معدن سنگ فعال در اسپانیا وجود دارد، اما ظاهراً تنها یک معدن بصورت زیرزمینی استخراج می شود که متعلق به Explotaciones Calcita SL.است. این معدن در کاتالونیا و نه چندان دور از بارسلون قرار دارد. حجم تولید این معدن سالانه حدود 5،000 متر مکعب بلوک است. تخمین زده می شود که این ذخایر حدود 10 سال دیگر دوام بیاورند. کلسیت با کیفیت بالا عمدتاً برای مجسمه سازی استفاده می شود و نمونه های بسیار خوبی از استفاده از آن در معبد معروف ساگرادا فامیلیا در بارسلون وجود دارد.

 

یونان

سنگ طبیعی و به خصوص سنگ ماربل حداقل 2500 سال است که در یونان استخراج می شود. ساخت پارتنون به عنوان جایگزین معبد قبلی در سال 447 قبل از میلاد آغاز شد. سنگ ماربل پنتلیک به عنوان مصالح اصلی ساختمان انتخاب شد. پس از بلایای مختلف طبیعی و نظامی در طول اعصار، کمیته ای برای احیای بناهای آکروپلیس در سال 1983 تأسیس شد. ماربل پنتلیک جدید از معدن اصلی استخراج می شود. کار مرمت تا به امروز ادامه دارد. از سال 1949 این معدن متعلق به شرکت خصوصی SA Marble Quarry Dionyssos Penteli است. امروزه این شرکت دارای 9 معدن روباز و 2 معدن زیرزمینی است. عملیات زیرزمینی در Dionyssos در سال 1994 و در Volakas در سال 2007 آغاز شد.
به گفته آقای کازاتسانیدیس، «دلیل اصلی فعالیت زیرزمینی، مشکل دفع روباره بود. گرفتن مجوز برای دپو کردن باطله بسیار دشوار است. یکی از مزیت های استخراج زیر زمینی به روش اتاق و پایه این است که مقدار زیادی سنگ ماربل در محل بدون بهره برداری به عنوان ستون باقی می ماند و کمترین تأثیر زیست محیطی و همچنین انتشار حداقل گرد و غبار و صدا را دارد. حجم فعلی تولید سالانه حدود 1000 متر مکعب در هر سایت زیرزمینی است.

ایالات متحده آمریکا

Polycor, Inc دومین تولید کننده و فرآوری کننده ی سنگ طبیعی در آمریکای شمالی است. دفتر این گروه در کبکِ کانادا قرار دارد.
Polycor بیش از 25 معدن سنگ خود را در سراسر آمریکای شمالی اداره می کند، از جمله معدن سنگ ماربل سفید کلرادو Yule که در سال 2004 به دست آمد. این کانسار در کوه های غرب الک کلرادو در نزدیکی شهر ماربل یافت می شود و گفته می شود که یکی از بزرگترین معدن های سنگ ماربل است. این سنگ یکی از خالص ترین سنگ های ماربلی است که تاکنون استخراج شده است. این ذخیره در اواخر دهه 1870 در ارتفاع 9.500 فوت (3100 متر) کشف شد. در سال 1941 بسته شد و برخی از معادن در سال 1990 قبل از خرید توسط شرکت Polycor، بازگشایی شدند. ویدئویی در وب سایت Polycor برخی از کارهای زیرزمینی را نشان می دهد.

روسیه

استخراج زیرزمینی سنگ آهک در منطقه لنینگراد در اوایل دهه 1990 انجام شد، اما تنها به عنوان کمکی به استخراج نفت شیل بود و دیگر عملیاتی در آن انجام نشد. استخراج زیرزمینی سنگ ماربل در Kibik-Kordon، منطقه Sayan، Khakassia در سال 2006 آغاز شد و همچنان ادامه دارد. رسوبات سنگ ماربل در امتداد هر دو ساحل رودخانه محلی بسیار زیاد است. رنگ های مختلفی از جمله سفید، صورتی کم رنگ و کرم، تا خاکستری، صورتی مایل به نارنجی و صورتی روشن وجود دارد. به دلیل عمیق شدن شدید لایه های ماربل (20 تا 30 درجه شیب)، تصمیم گرفته شد که استخراج زیرزمینی را در ترکیب با استخراج روباز امتحان شود. مهندسان معدن از فناوری ایتالیایی آگاه بودند. در Kibik-Kordon تونل ورودی (دریفت) اکنون 41 متر طول دارد. در این معدن اتاقک هایی ایجاد شده و بلوک های بزرگی از سنگ ماربل صورتی استخراج شده است.

 

برزیل

در حدود 2500 کیلومتری سائوپائولو یک معدن زیرزمینی وجود دارد که کوارتزیت آبی را از آن استخراج می کنند. در گذشته برخی از مشکلات پایداری سازه در قسمت‌ هایی از تونل ورودی و دو حادثه ریزش سنگ وجود داشت. مشکلات برطرف شد و مدتی است که معدن دوباره شروع به کار کرده است. منبع کوارتزیت آبی ارزشمند در نزدیکی شهر کوچک Oliveira dos Brejinhos در ایالت باهیا، در شمال شرقی برزیل قرار دارد. این تنها معدن سنگ طبیعی زیرزمینی فعال در این کشور است.

مولداوی

سنگ آهک سفید برای قرن ها در مکان های مختلف در مولداوی در زیر زمین استخراج شده است. در سال 1953 در حین کاوش در یک معدن متروکه در زیر پایتخت شهر کیشیناو، برخی از کارشناسان تأیید کردند که این مکان مکانی ایده آلی برای ذخیره سازی مشروبات الکی با کیفیت است. علاوه بر این، متخصصان به کیفیت عالی سنگ آهک به عنوان یک مصالح ساختمانی پی بردند.
Mina din Chisinau در سال 1969 بر اساس این واقعیت تأسیس شد که بررسی های زمین شناسی ذخایر 43.8 میلیون متر مکعب سنگ آهک سفید را در زیر حومه شمالی کیشینو تایید کرده بود. سازندهای مورد نظر به صورت افقی در لایه هایی به ضخامت 8 تا 10 متر از 60 تا 80 متر زیر سطح قرار دارند.

 

اوکراین

سنگ آهک صدفی در زیر شهر اودسا و اطراف آن در جنوب اوکراین در برگیرنده ی 2500 کیلومتر دخمه است. این دخمه ها به عنوان گورستان مورد استفاده قرار نمی گرفتند، بلکه توسط قزاق ها و سایر ساکنان که زمین را برای سنگ استخراج می کردند، تشکیل شده بودند. ساخت و ساز در حدود سال 1830 شدت گرفت و معادن مواد اصلی ساخت و ساز برای بسیاری از خانه ها و ساختمان ها را فراهم کردند. استخراج سنگ در اینجا پس از انقلاب روسیه در سال 1917 ممنوع شد. امروزه شاید پنج شرکت کوچک وجود داشته باشند که مقادیر محدودی از سنگ آهک بسیار متخلخل را استخراج می کنند که دارای مقاومت فشاری پایینی است. (در زیر مرکز شهر اودسا مواد با کیفیت بهتری وجود دارد اما استخراج در آنجا ممنوع است).

References:
Parker, J. Everybody goes underground eventually. Aggregate Manager, June 1996, 6, pp 30 – 35.
Barton, N.R. and Choubey, V. (1977). The shear strength of rock joints in theory and practice. Rock Mech. 10(1-2), 1-54.
Careddu, N., Siotto, G., 2010. Geo-mechanical characterization for the underground marble mine “Su Cuccumiau” (Sardinia). Proc. 7th International Marble and Natural Stones Congress of Turkey (Mersem VII), 14-15 October 2010, Afyonkarahisar, Turkey. Pagg. 25-32. Ed. M. Ersoy, M.Y. «elik, L. Yeşilkaya. ISBN: 978-605-01-0023-5.
Careddu, N., Siotto, G., Tuveri, A., 2010. Evolution of a marble quarry: from open cast to underground exploitation. Proc. Global Stone Congress 2010, 2-5 March 2010, Alicante, Spain. S1-01. Ed. AIDICO (Instituto de la ConstrucciÛn), ValËncia. ISBN: 978-84-614-1147-4.
Ferrero, A. M., 2002. Rock mechanics studies applied to ornamental stone design. Part of the project “Development of an integrated computed aided design and planning methodology for underground marble quarries”, Contract No. BE-5005, 2002.
Hustrulid, W., Kuchta, M., 2006, Open pit mine planning & design, 2_ ed., Taylor & Francis plc., ISBN 90-5410-184-9, pag. 30.
Primavori, P., 2004. Planet Stone. Giorgio Zusi Ed., Verona, Italy. ISBN 88-900067-9-X.

www.litosonline.com/en/article/underground-mining-perspective