طراحی معدن گرانیت اوره نطنز

طراحی معدن گرانیت اوره نطنز

داریوش کاوه آهنگران، محمدرضا نیک‌زاد، مهدی مهدی‌زاده

چکیده

به منظور ارتقاء بهره‌وری معدن گرانیت اوره ، واقع در شهرستان نطنز، مطالعات اکتشاف تکمیلی و طراحی پایه استخراج انجام شد و در نهایت با توجه به اطلاعات موجود و بر اساس اکتشافات انجام شده و نتایج به دست آمده و بررسی‌های صورت گرفته، باقیمانده ذخیره اکتشافی معدن بیش از 40 میلیون تن با درجات کیفی مختلف تعیین گردید و همچنین محدوده نهایی معدن طراحی و به چهار پیت A و B  و C و D تقسیم‌بندی شد که در فاز اول طراحی و برنامه‌ریزیی تولید، بیشترین ارزش اقتصادی با عمر بهینه معدن در صورت استخراج دو پیت‌ A و D حاصل خواهد شد. در این صورت در فاز اول، عمر بهینه معدن بین 6 تا 7 سال، کوپ تولیدی حدود 310 هزار تن و مقدار ارزش اقتصادی آن 190 میلیارد ريال برآورد شده است و مابقی ذخیره پس از افزایش داده‌ها در فازهای بعدی، طراحی و برنامه‌ریزی خواهد شد.

مقدمه

در هر فعالیت اقتصادی از جمله فعالیت‌های معدنی کاهش هزینه‌های عملیاتی و به تبع آن کاهش قیمت تمام شده محصول یکی از دغدغه‌های اصلی سرمایه‌گذاران است که معادن سنگ ساختمانی و تزئینی نیز از این امر مستثنی نیستند. این مهم (کاهش قیمت تمام شده) بدون داشتن برنامه‌ریزی دقیق و بدون تعیین موقعیت بلوک‌های استخراجی با کیفیت میسر نمی‌شود. امروزه در کشور ما روش‌های تجربی مختلفی برای برنامه‌ریزی تولید در معادن سنگ ساختمانی و تزئینی وجود دارد که با توجه به معیارها و پارامترهای در نظر گرفته شده در این روش‌ها، اغلب چشم‌انداز کوتاه مدت و محدودی دارند. لذا استفاده از روش‌های علمی جدید می‌تواند کمک بزرگی در وسعت بخشیدن به چشم‌انداز معدن و برنامه‌ریزی و طراحی هرچه دقیق‌تری برای کوتاه مدت، میان مدت و بلند مدت نماید. این روش‌ها گرچه در ابتدای امر مستلزم سرمایه‌گذاری در بخش اکتشاف می‌باشند، ولیکن می‌توانند با تکیه بر علوم روز دنیا با افزایش دقت و کاهش هزینه‌های تمام شده از طریق کاهش میزان باطله‌برداری و بهبود بهره‌وری از بلوک‌های با کیفیت، بازدهی سرمایه‌گذاری اولیه را چندین برابر افزایش دهند.

معدن گرانیت اوره نطنز به عنوان یکی از مهمترین معادن تولید سنگ گرانیت در کشور شناخته می‌شود. مدیران معدن به منظور رسیدن به تولید مناسب جهت فروش در بازار داخلی و خارجی به دنبال راهکارهای مناسب و طراحی بهینه جهت دستیابی به حداکثر سود هستند و بر این اساس، مطالعات و بررسی‌های لازم به متخصصین سپرده شد. جهت طراحی و برنامه‌ریزی یک معدن روباز، معمولاً پس از تعیین پارامترهای اولیه طراحی و تهیه مدل بلوکی و تعیین محدوده نهایی و انجام طراحی معدن، مرحله برنامه‌ریزی تولید صورت می‌گیرد. لذا در ابتدا اطلاعات مورد نیاز و موجود جمع‌آوری شد سپس اطلاعات تکمیلی اولیه در ارتباط با توپوگرافی، زمین‌شناسی و اکتشاف محدوده فعال معدن، انجام شد و در ادامه بعد از جانمایی و حفاری گمانه‌های اکتشافی و بر اساس اطلاعات به دست آمده از آنها و سینه‌کارهای موجود، مدل سه بعدی عمقی تخمین زده شد. سپس با توجه به وضعیت فعلی معدن، طراحی پایه استخراجی انجام شد.

معدن گرانیت اوره نطنز

یکی از معادن مطرح در تولید سنگ، معدن گرانیت اوره است. محدوده مورد مطالعه در منتهی‌الیه بخش جنوبی روستای اوره از توابع شهرستان نظنز (استان اصفهان) و در حاشیه شمال شرق کوه کرکس واقع شده است. با توجه به قرار گرفتن این محدوده در حاشیه رشته کوه کرکس، از نظر توپوگرافی بیشتر به صورت کوهستانی و با شیبی تقریباً تند بوده به طوری که ارتفاع محدوده مورد مطالعه از 2020 متر تا 2260 متر نسبت به سطح آب‌های آزاد مشاهده می‌گردد. از این رو محدوده بیشتر به صورت شیب و فرازی تقریباً تند می‌باشد. در حال حاضر سنگ‌های گرانیت سفید و مشکلی نطنز به صورت کوپ خام با حداقل استخراج سالیانه 60.000 تن و تولید روزانه 2000 مترمربع در کارخانه به صورت فرآوری شده به بازار مصرف عرضه می‌شود. در این معدن به منظور استخراج ، از دستگاه‌های سیم برش الماسه و دیسک برش، و جهت جابجایی بلوک‌های استخراج شده ، از لودر و جرثقیل کابلی استفاده می‌گردد.

نحوه مطالعه

به منظور انجام مطالعات و پس از جمع‌آوری اطلاعات موجود، در ابتدا عملیات نقشه‌برداری در محدوده معدن با دقت یک پانصدم انجام شد و در ادامه مطالعات زمین‌شناسی ساختمانی و اقتصادی در محدوده تکمیل شد. در این مطالعه عملیات برداشت سیستم درزه‌ها نیز انجام شده که بر اساس نتایج به دست آمده از بررسی درزه‌ها ، راستای کلی فشارش ( 1 ) در منطقه ، N35E تا N55E   و راستای کلی کشش N110E تا N130E می‌‌باشد. ترک‌های کششی با پرشدگی سیلیسی عمدتاً راستای N35E تا N55E دارند. ناپیوستگی‌ها و درز و شکاف‌های موجود در توده سنگ منطقه عمدتاً از نوع کششی با پرشدگی سیلیسی و یا از نوع گسل‌ها و گسل های  فشارشی ( 2 )  دارای برگ وارگی ( 3 )  می‌باشد این دو دسته عموماً دارای تداوم زیاد تا بسیار زیاد می‌باشند اما درزه‌های مزدوج ( 4 )  از تداوم کمتری برخوردار بوده و گسترش چندانی ندارند. 8 گمانه با اعماق بین 50 تا 100 متر جانمایی و حفاری شد و از نتایج مطالعه آن به همراه نتایج بررسی جبهه‌کارهای فعال در مدلسازی استفاده شد. سایر اطلاعات نیز بر اساس تجربیات و بررسی کارشناسی کسب شده است. بر این اساس در این معدن با توجه به شرایط موجود و نوع اطلاعات برداشت شده و مورد نیاز، سنگ‌ها در 7 گروه مختلف طبقه‌بندی شدند. این طبقه‌بندی با توجه به جنس و کیفیت سنگ انجام پذیرفت. ازداده‌های گردآوری شده تا این مرحله، برای آغاز مرحله طراحی معدن استفاده شد.

مدلسازی کانسار و طراحی معدن

در این معدن با توجه به مطالعات درزه‌نگاری انجام شده و بر اساس تجربیات ، شیب دیواره نهایی 75 درجه و شیب دیواره عملیاتی 45 درجه در نظر گرفته شده است. با توجه به قرارگیری سیم‌بر و تجهیزات مورد نیاز در پله‌های استخراجی و عبور و مرور پرسنل، و با عنایت به نوع کامیون و ماشین‌آلات سنگین مورد استفاده، عرض پله‌های استخراجی 10 متر در نظر گرفته شده است. شیب پله‌های استخراجی در این معدن با توجه به وضعیت توده سنگ و شرایط زمین ساختاری موجود حدود 90 درجه و شیب کلی این معدن در زمان عملیات اجرایی حدود 45 درجه در نظر گرفته شده است. با توجه به تجربیات موجود و بررسی‌های انجام شده و رعایت شیب عملیاتی، ارتفاع پله‌های استخراجی نیز معادل 10 متر لحاظ شده است. همچنین با توجه به جنس سنگ و جهت اصلی درزه‌ها و با عنایت به جهت پیشروی، دیواره معدن پایدار خواهد بود.

در طراحی معدن، علاوه بر تعیین میزان ذخیره قابل استخراج، برنامه‌ریزی و تعیین توالی استخراجی، امری ضروریست. بدون دانستن محدوده نهایی پیت ( 5 ) ، برنامه‌ریزی برای تولید میسر نیست و این برنامه‌ریزی مستلزم داشتن ارزش اقتصادی بلوک‌ها است. ارزش اقتصادی بلوک‌ها بر مبنای اطلاعات متعددی از قبیل نوع ماده معدنی، قیمت فروش، هزینه‌های استخراج و غیره تعیین می‌گردد. در بهترین برنامه‌ریزی تولید، محدوده نهایی پیت و ارزش خالص فعلی باید بهینه باشند؛ به عبارت دیگر بهترین برنامه‌ریزی تولید باید موجب حداکثر شدن ارزش خالص فعلی (NPV) یا سود شود. از آن‌جایی‌که استخراج مواد معدنی با ارزش‌تر در ابتدای بهره‌برداری منجر به دستیابی هر چه سریع‌تر به ارزش اقتصادی بیشتر می‌گردد و با در نظر گرفتن ارزش زمانی پول، استخراج بلوک‌های با کیفیت‌تر در اولویت قرار می‌گیرد. از طرفی با توجه به نیاز به باطله‌برداری و آماده‌سازی همزمان، باید به موازات استخراج بلوک‌های با ارزش، باطله‌برداری نیز صورت گیرد. لذا تعیین بهترین توالی استخراجی با توجه به ارزش اقتصادی بلوک‌ها مستلزم در نظر گرفتن عوامل متعددی است. در این معدن با توجه به پیچیدگی مدل بلوکی، تعیین این توالی با استفاده از نرم‌فزارهای تخصصی صورت پذیرفت.

بر اساس اکتشاف انجام شده ذخیره اکتشافی معدن بیش از 40 میلیون تن برآورد شده است و با توجه به پروانه بهره‌برداری معدن، در نظر است سالیانه 60،000 تن ماده معدنی به صورت کوپ از معدن استخراج گردد که با این میزان، استخراج معدن دارای توجیه اقتصادی است. با در نظرگرفتن میزان کوپ دهی سنگ، در طی دوره ده ساله 600 هزار تن کوپ از حدود 3,500,000 تن کوه‌بری حاصل خواهد شد.

به منظور یافتن حد نهایی معدن و یافتن بیشترین ارزش اقتصادی و عمر بهینه معدن، مدل بلوکی ساخته شده در نرم افزار Datamine به همراه داده‌های مربوط به پارامترهای اقتصادی به نرم افزار NPVSchduler وارد شده است.

برای افزایش ارزش اقتصادی معدن در طول مدت بهره‌برداری، حالت‌های مختلف استخراج از پیت‌های مختلف و حالت‌های ترکیبی به منظور رسیدن به تولید مورد نظر بررسی شد. بررسی‌ها با شیب عملیاتی 45 درجه معدن نشان می‌دهند که در صورت استخراج کل پیت نهایی پیشنهادی نرم‌افزار، عمر معدن حدود 40 سال و ارزش اقتصادی آن 670 میلیارد ريال خواهد شد. این پیت نهایی به 4 بخش A، B، C و D نامگذاری گردید.شکل 2 محدوده پیت نهایی استخراجی برای کل مدل بلوکی بر اساس ارزش اقتصادی هر بلوک را نشان می‌دهند.

 بررسی‌ها نشان می‌دهد که پیت C و B بیش از دیگر پیت‌های پیشنهادی هزینه خواهند داشت. در ادامه محاسبات با شیب ذکر شده و همچنین در صورت استخراج 3 پیت  Aو B و C، عمر معدن حدود 14 سال و ارزش اقتصادی آن حدود 280 میلیارد ريال خواهد شد. در نهایت با توجه به اینکه برای عملیات اجرایی در پیت‌های B و C نیاز به حدود 4 تا 6 سال باطله برداری در معدن خواهد بود، لذا عملیات معدنی به منظور رسیدن به ارزش اقتصادی بالاتر و عمر بهینه معدنکاری در پیت‌های A و D پیشنهاد می‌شود که در این صورت عمر بهینه معدن بین 6 تا 7 سال بوده، کوپ تولیدی حدود 310 هزار تن و مقدار ارزش اقتصادی آن حدود 190 میلیارد ريال برآورد شده است. شکل 3 وضعیت نهایی معدن برای استخراج پیت‌های A و D را نشان می‌دهد

نتیجه گیری

در مجموع مطالعات نشان می‌دهد که با توجه به ذخیره قابل توجه که در معدن موجود است، استخراج معدن با ریسک کم و به صرفه خواهد بود؛ هر چند با تکمیل اکتشافات در حین استخراج می‌توان به داشتن یک برنامه‌ریزی پویا که به افزایش ارزش اقتصادی معدن کمک می‌کند، دست یافت. همچنین در صورت کشش بازار مصرف، چنانچه تولید سنگ از ظرفیت 60 هزار تن افزایش یابد، تاثیر به سزایی در ارزش اقتصادی و سودآوری بیشتر معدن خواهد داشت. همچنین استفاده از تکنیک‌هایی که موجب افزایش کوپ‌دهی سنگ در معدن شود نیز به بهبود وضعیت اقتصادی معدن کمک خواهد کرد. تولید محصولات جانبی غیر از کوپ، که موجب ایجاد درآمد از سنگ‌هایی که کوپ‌دهی پایینی داشته ولی می‌توان از آنها برای تولیدات دیگری استفاده کرد، به افزایش ارزش اقتصادی معدن کمک مفیدی خواهد کرد؛ به خصوص در زمان‌هایی که دوره‌های باطله‌برداری و استخراج سنگ‌های نامرغوب باشد. تغییر شیب عملیاتی دیواره‌ها هم تاثیر بسزایی در طراحی دارد. در نهایت مطالعات نشان داد با توجه به اطلاعات موجود، بیشترین ارزش اقتصادی با عمر بهینه معدن در صورت استخراج پیت‌های A و D حاصل خواهد شد که در این صورت همان‌طور که قبلاً هم اشاره شد عمر بهینه معدن بین 6 تا 7 سال بوده، کوپ تولیدی حدود 310 هزار تن و مقدار ارزش اقتصادی آن حدود 190 میلیارد ريال برآورد شده است. با توجه به اینکه برنامه‌ریزی تولید  ، یک فعالیت مستمر در طول عمر معدن است و برنامه‌ریزی‌ها برای دوره یا فواصل مختلف زمانی انجام می‌گیرد؛ انجام مطالعات اکتشاف حین استخراج مانند تکمیل گمانه‌های پیشنهادی و برداشت‌های زمین‌شناسی و همچنین مطالعات پایداری شیب به منظور به روز کردن نقشه‌ها و افزایش دقت طراحی و برنامه‌ریزی موجب طراحی و برنامه‌ریزی مطلوب‌تر فازهای بعدی معدن خواهد بود.  

پانویس :

1. فشارش  :  Compression
2. گسل های فشارشی : Compressional fault    گسل‌هایی که راستای آنها عمود بر راستای تنش اصلی حداکثر بوده وگسلهای راندگی و معکوس را شامل می‌شوند
3. برگ وارگی :  Foliation   ساخت های صفحه ای که از مسطح شدگی اجزاء اصلی سنگ های دگرگونی ناشی می‌شود.
4. درزه های مزدوج   Conjugate  joints     یا درزه های برشی یا درزه های  هم یوغ: سیستم درزه هایی با راستای متقاطع نسبت بهم هستند که عموما تنش اصلی حداکثر نیمساز زاویه حاده بین آنها را تشکیل می دهد
5. محدوده ی پیت :

منابع

1- Open Pit Mine Planning and Design, William A. Hustrulid, Mark Kuchta, Randall K. Martin, 2013, CRC Press.

2- Open Pit Mine Design Models, E. Alphia Wright, 1990, TRANS TECH.

3- طراحی محدوده و برنامه‌ریزی تولید در معادن روباز، محمد عطایی- سیدمحمدعلی حسینی، جهاد دانشگاهی دانشگاه صنعتی امیرکبیر.