6 اتجاهات رئيسية في التعدين المستقبلي لا يمكن إغفالها
مع تطور الصناعة، يتزايد الطلب على الموارد المعدنية باستمرار. وفي الوقت الحالي، تُعتبر الدول المتقدمة والنامية، على حد سواء، امتلاك الموارد وتنميتها إجراءً استراتيجيًا. ونتيجةً لذلك، شهد تطوير التعدين ظهور العديد من تقنيات وأساليب التعدين الفعّالة والآمنة ومنخفضة التكلفة. ومن الضروري مواكبة التقنيات المتقدمة لتنمية الموارد بفعالية.
(أ) الاستخبارات في المناجم تحت الأرض
في الوقت الحالي، تسعى المناجم الجوفية حول العالم إلى تحقيق الكفاءة والسلامة، مما يؤدي إلى تحسينات مستمرة في مستويات الميكنة والأتمتة. لنأخذ منجم كيرونا للحديد في السويد مثالاً. يشتهر منجم كيرونا للحديد بإنتاج خام الحديد عالي الجودة (بنسبة حديد تتجاوز 70%)، وهو أحد أكبر مناجم الحديد في العالم. يتمتع بتاريخ يمتد لأكثر من 70 عامًا، حيث انتقل من التعدين المكشوف إلى التعدين تحت الأرض. يعتمد ذكاء منجم كيرونا للحديد بشكل أساسي على استخدام معدات ميكانيكية واسعة النطاق، وأنظمة تحكم ذكية عن بُعد، وأنظمة إدارة حديثة. تُعد أنظمة ومعدات التعدين عالية الأتمتة والذكاء أساسية لضمان استخراج آمن وفعال.
التطوير. يستخدم منجم كيرونا للحديد نظام تطوير مشتركًا بين عمود ومنحدر. يحتوي المنجم على ثلاثة أعمدة للتهوية، ورفع الخام والنفايات الصخرية. يتم نقل الموظفين والمعدات والمواد بشكل رئيسي باستخدام معدات غير مسارية عبر منحدرات. يقع عمود الرفع الرئيسي على الجدار السفلي لجسم الخام. حتى الآن، تم خفض واجهة التعدين ونظام النقل الرئيسي ست مرات، ويبلغ مستوى النقل الرئيسي الحالي 1045 مترًا.
الحفر والشحن والتفجير. يستخدم حفر الأنفاق حفارات ضخمة مزودة بأدوات قياس إلكترونية ثلاثية الأبعاد لتحديد مواقع الثقوب بدقة. يستخدم حفر ستوب منصة الحفر سيمبا W469 التي تعمل بالتحكم عن بُعد، والتي تنتجها شركة أطلس كوبكو السويدية، بقطر حفرة يبلغ 150 مم وعمق أقصى يبلغ 55 مترًا. تستخدم هذه المنصة نظام ليزر لتحديد المواقع بدقة، وهي آلية، ويمكن تشغيلها على مدار 24 ساعة. يمكن أن يصل حجم تفجير الخام السنوي إلى 3 ملايين طن.
تحميل الخام ونقله ورفعه عن بُعد. تتميز عمليات الحفر والتحميل والنقل والرفع في مناجم كيرونا للحديد بالذكاء والأتمتة، حيث تعمل منصات الحفر والمحملات دون تدخل بشري. يستخدم تحميل الخام محمل تورو 2500E الذي يتم التحكم فيه عن بُعد، بكفاءة وحدة واحدة تبلغ 500 طن/ساعة. يشمل نظام النقل تحت الأرض النقل بالأحزمة والنقل الآلي بالسكك الحديدية. يتكون النقل الآلي بالسكك الحديدية عادةً من 8 عربات خام، وهي عربات آلية ذات تفريغ سفلي مستمر. تنقل ناقلات السيور الخام تلقائيًا من محطة التكسير إلى جهاز القياس، وتُكمل عملية التحميل والتفريغ باستخدام قلاب العمود، وكل ذلك يتم التحكم فيه عن بُعد.
تقنية رش الخرسانة عن بُعد وتقنية تسليح الدعم. يستخدم دعم النفق مزيجًا من الخرسانة المرشوشة ومسامير الصخور والشبكات. يُستكمل ذلك باستخدام رشاشات خرسانة تُتحكم بها عن بُعد، مع تثبيت مسامير الصخور والشبكات الفولاذية باستخدام منصات تثبيت المسامير.
(الثاني) التطبيق المتزايد لتكنولوجيا الاستخلاص
تُستخدم تقنية الاستخلاص حاليًا على نطاق واسع في استعادة خامات النحاس والذهب واليورانيوم منخفضة الجودة، وغيرها. تشمل تقنيات الاستخلاص الاستخلاص في الموقع، والاستخلاص بالكومة، والاستخلاص بالتفجير في الموقع. تستخدم دول مثل الولايات المتحدة الأمريكية وكندا وأستراليا عادةً الاستخلاص بالكومة والاستخلاص بالتفجير في الموقع لاستعادة خامات نحاس منخفضة الجودة بنسبة تتراوح بين 0.15% و0.45%، وأكثر من 2% من خامات أكسيد النحاس، و0.02% و0.1% من خامات اليورانيوم.
في الولايات المتحدة، على سبيل المثال، يوجد أكثر من 20 منجمًا تستخدم عملية الاستخلاص بالتفجير في الموقع لاستخراج النحاس. على سبيل المثال، يُنتج كلٌّ من منجم مايك في نيفادا ومنجم زونيا للنحاس في أريزونا أكثر من 2.2 طن من النحاس يوميًا. ويُنتج منجم بوت ومنجم كوبر كوين برانش في مونتانا ما بين 10.9 و14.97 طنًا من معدن النحاس يوميًا. في الولايات المتحدة، يُمثل استخلاص النحاس أكثر من 20% من إجمالي الإنتاج، بينما يتجاوز الذهب 30%، ويأتي الغالبية العظمى من إنتاج اليورانيوم من عملية الاستخلاص.
(الثالث) تكنولوجيا التعدين بالأعمدة العميقة
مع استمرار انخفاض أحجام الموارد، تتزايد أعماق التعدين، متجاوزةً في كثير من الأحيان 1000 متر. وهذا يُسبب العديد من الصعوبات والمشاكل التي لا تُواجه في التعدين الضحل، مثل زيادة ضغط الأرض، وارتفاع درجات حرارة الصخور، وتحديات أكبر في الرفع والصرف والدعم والتهوية.
المشاكل الشائعة في مناجم الأعمدة العميقة:
قدرة الرفع. مع ازدياد عمق التعدين، تُواجه المنجم مشكلةً رئيسيةً تتمثل في قدرة الرفع. تستطيع الرافعات الحالية تحقيق أقصى ارتفاع رفع فردي يتجاوز 2000 متر، كما هو الحال في منجم كندي يبلغ أعمق رفع فردي له 2172 مترًا، ومنجم ذهب جنوب أفريقي يبلغ عمق عموده 2310.4 مترًا. تُلبي قدرات معدات الرفع متطلبات المناجم الكبيرة ذات الأعمدة العميقة تمامًا.
درجة حرارة الصخور وتبريد التهوية. مع ازدياد عمق التعدين، ترتفع درجات حرارة الصخور تبعًا لذلك. على سبيل المثال، في منجم تويوها للنحاس والزنك في اليابان، عند مستوى -600 متر (حوالي 1200 متر من السطح)، تتجاوز درجات حرارة الصخور 100 درجة مئوية، إلا أن العديد من الدول تشترط ألا تتجاوز درجات الحرارة تحت الأرض 28 درجة مئوية. عادةً ما تزيد مناجم الأعمدة العميقة من حجم التهوية تحت الأرض وتبرد الهواء باستخدام طرق التبريد بالهواء والتبريد بالماء. عند اختيار أحد الطريقتين أو كليهما، بالإضافة إلى خفض درجات الحرارة، يجب أيضًا مراعاة تقليل تبديد الحرارة من المعدات الميكانيكية تحت الأرض، ومعدات الديزل، ومعدات التبريد نفسها.
إدارة الضغط الأرضي وطرق التعدين. عادةً ما تُنشئ مناجم الأعمدة العميقة نظامًا متكاملًا لقياس ومراقبة الضغط الأرضي، مما يؤثر بشكل مباشر على سير إنتاج التعدين بسلاسة ومستوى تكاليفه. تُعدّ انفجارات الصخور مشكلةً بارزةً في تعدين الأعمدة العميقة. وللتنبؤ بانفجارات الصخور، تُركّب العديد من المناجم أجهزة رصد زلزالي دقيق تحت الأرض، مثل منجم سانشاين سيلفر الأمريكي، الذي ركّب أجهزة رصد زلزالي دقيق على مستوى 2254 مترًا للرصد على مدار الساعة.
الاحتراق والانفجار التلقائيان. قد يشهد تعدين الأعمدة العميقة احتراقًا تلقائيًا لخامات الكبريتيد نتيجة ارتفاع درجة حرارة الخام وانفجاره الذاتي أثناء الشحن المتفجر، مما يتطلب عناية كافية.
في الوقت الحاضر، لا يتجاوز عمق التعدين في المناجم غير الفحمية في الصين عمومًا 700-800 متر، ولكن في السنوات الأخيرة، يتم تطوير بعض رواسب الخام المدفونة على أعماق تبلغ حوالي 1000 متر، بما في ذلك منجم دونغقواشان للنحاس التابع لشركة تونغلينغ للمعادن غير الحديدية ومنطقة التعدين جينتشوان رقم 2.
(الرابع) أعمال حماية البيئة في المناجم
في الدول الأجنبية، وخاصة المتقدمة منها، تُعتمد تدابير شاملة لإدارة بيئة المناجم. وتُطبق معايير فنية صارمة على مياه الصرف، وغازات العادم، والخبث، والغبار، والضوضاء، وغيرها، المُصرّفة من المناجم. ويتعذر بناء العديد من المناجم منخفضة الجودة أو تشغيلها بسبب تكاليف المعالجة البيئية الباهظة.
يُركّز حاليًا في الخارج على إنشاء مناجم نظيفة وخالية من النفايات. يُعدّ منجم فالسوم الألماني للفحم في منطقة الرور الصناعية مثالًا ناجحًا. يستخدم هذا المنجم مخاط الفحم الناتج عن محطة غسل الفحم، ورماد محطات توليد الطاقة التي تعمل بالفحم، وصخور النفايات الجوفية المطحونة الممزوجة بالإسمنت، والتي تُنشّط وتُحرّك، ثم تُضخّ تحت الأرض بمضخة ماصة لملء الفراغات. لا يُصدر المنجم أي نفايات صلبة خارجيًا.
(V) تكنولوجيا التعدين الملء
يتم استخدام مواد حشو مختلفة وفقًا للظروف المختلفة:
الدعم الإقليمي. هناك حاجة إلى مواد حشو صلبة عالية الجودة لتقليل الانغلاق المرن للحجم ومخاطر انفجار الصخور.
التحكم في طبقات الصخور. لا توجد متطلبات صارمة لجودة مواد الحشو، ولكن يلزم حشو واسع النطاق، ويجب ألا يتقلص الحشو بعد التركيب.
التعدين متعدد الأوردة. تتطلب مواد الحشو صلابة في ظل ظروف إجهاد منخفضة لتقليل تشوه الصخور وإزاحتها.
التحكم البيئي. لضمان إحكام جدار التعليق ومنع تدفق الهواء عبر المنطقة المستخرجة، يجب ألا تتقلص مادة الحشو، ويلزم ملء مساحات واسعة.
تقليل رفع نفايات الصخور. تحضير وسحق نفايات الصخور تحت الأرض لاستخدامها في مواد التعبئة، مما يُحسّن الكفاءة.
الاعتبارات الحالية للملء:
تركيز الجهود على بناء أنظمة عملية وموثوقة. البحث والتطوير لتقنيات تعبئة فعّالة لدمج عمليات التعبئة مع دورات التعدين. التركيز على إدارة أنظمة التعبئة.
تقنيات البحث لتحسين الأنظمة الحالية، بما في ذلك توزيع حجم الجسيمات لمواد التعبئة عالية الجودة، وتحسين عمليات تحضير مواد التعبئة في الهيدروسايكلونات والسحق، وتحسين تقنيات النقل مثل فقدان الضغط، والتآكل، والتآكل، وتصميم نظام التعبئة الشامل.
تعزيز الفهم الكمي لعمليات تحضير مواد الحشو، ونقلها، ووضعها، وتشوه الأحمال، لإرساء أسس تعدين آمن ومستقر وفعال. تشمل عمليات الحشو المستخدمة عالميًا الحشو الرملي الهيدروليكي، والحشو الجاف، والحشو الصلب عالي التركيز، والحشو الأسمنتي. ينقسم الحشو الأسمنتي أيضًا إلى: الحشو الهيدروليكي للمخلفات المجزأة (باستخدام نقل الجاذبية عالي التركيز)، والحشو الهيدروليكي لمواد الحشو الأخرى (باستخدام نقل الجاذبية عالي التركيز)، والحشو الكامل بعجينة المخلفات بالجاذبية، والحشو الكامل بضخ عجينة المخلفات. الطريقة الموصى بها عالميًا هي الحشو الكامل بضخ عجينة المخلفات.
حاليًا، تمتلك كندا 12 منجمًا تستخدم حشوات معجون عالية التركيز، كما تستخدم جنوب أفريقيا وأستراليا أنظمة جديدة لحشوات المعجون. ستلبي عمليات الحشو الجديدة متطلبات حماية الموارد، وحماية البيئة، وتحسين الكفاءة، وتطوير المناجم بشكل أفضل. سيحظى تعدين الحشوات بآفاق أوسع في صناعة التعدين في القرن الحادي والعشرين.
(السادس) تعدين العقيدات المتعددة المعادن في المحيطات
توجد عقيدات متعددة المعادن في قاع البحر على أعماق تتراوح بين 3000 و5000 متر. ويُعد استخراجها من باطن الأرض أمرًا بالغ الأهمية، إذ تُولي دول العالم أولوية لتطوير أساليب تعدين موثوقة، وقد أجرت أبحاثًا تجريبية مكثفة، حتى أن بعضها أجرى تجارب تعدين متوسطة الحجم في أعماق البحار. ومنذ أواخر ستينيات القرن الماضي وحتى الآن، تنقسم أساليب تعدين المحيطات المُطورة والمُختبرة دوليًا إلى ثلاث فئات رئيسية: التعدين باستخدام دلو الخط المستمر (نادي كرة القدم)، والتعدين باستخدام المركبات المُتحكم بها عن بُعد في قاع البحر، والتعدين برفع السوائل.
طريقة التعدين باستخدام دلو الخط المستمر (نادي كرة القدم). اقترح اليابانيون هذه الطريقة عام ١٩٦٧. وهي بسيطة نسبيًا، وتتألف بشكل أساسي من سفينة تعدين، وكابل سحب، ودلاء، وسفينة سحب. تُربط الدلاء بكابل السحب على فترات زمنية محددة، وتُنزل إلى قاع البحر. يحرك كابل السحب، الذي تحركه سفينة السحب، الدلاء للأسفل، والغرف، والأعلى. تُشكل هذه العملية الدورية غير المتدرجة للحبل حلقة تجميع مستمرة. الميزة الرئيسية لـ نادي كرة القدم هي قدرتها على التكيف مع تغيرات العمق والحفاظ على العمليات التشغيلية العادية. ومع ذلك، لا يتجاوز إنتاج نادي كرة القدم ١٠٠ طن يوميًا، وهو أقل بكثير من متطلبات التعدين الصناعي. لذلك، تم التخلي عن طريقة التعدين نادي كرة القدم في أواخر سبعينيات القرن الماضي.
طريقة تعدين قاع البحر باستخدام مركبة يتم التحكم فيها عن بُعد. اقترح الفرنسيون هذه الطريقة بشكل رئيسي. مركبة قاع البحر التي يتم التحكم فيها عن بُعد هي مركبة تعدين غاطسة بدون طيار، تتكون بشكل أساسي من أربعة أنظمة: جمع الخام، والدفع الذاتي، والتحكم في الطفو، والصابورة. تحت مراقبة السفينة الأم على السطح، تغوص مركبة التعدين إلى قاع البحر وفقًا للأوامر لجمع العقيدات. بمجرد امتلائها، تطفو على السطح وتفرغ العقيدات في حاوية الاستقبال الخاصة بالسفينة الأم. يمكن للسفينة الأم على السطح عادةً التحكم في عدة مركبات تعدين في وقت واحد. يتطلب نظام التعدين هذا استثمارًا كبيرًا، ومع انخفاض قيمة المنتج وعدم وجود فوائد اقتصادية لعقود، أوقفت الجمعية الفرنسية لأبحاث وتطوير العقيدات المحيطية البحث في عام 1983. ومع ذلك، تُعتبر مبادئ جمع ونقل مركبة التعدين هذه واعدة.
طريقة التعدين برفع السوائل. حاليًا، تُعد طريقة التعدين برفع السوائل الطريقة الأكثر شيوعًا في التطبيقات الصناعية والمعترف بها دوليًا. عند وصول سفينة التعدين إلى منطقة التعدين، يُوصل المجمع وأنبوب الرفع ويُنزلان تدريجيًا إلى البحر. يجمع المجمع العقيدات من رواسب قاع البحر ويُجري المعالجة الأولية. باستخدام الرفع الهيدروليكي أو الهوائي، يتحرك الماء في الأنبوب لأعلى بسرعة كافية لنقل العقيدات إلى سفينة التعدين السطحية.
مع تطور المحيطات واستغلالها في القرن الحادي والعشرين، تكتسب تكنولوجيا التعدين البحري أهمية خاصة. وقد مهد تطور التكنولوجيا الحديثة المتقدمة الطريق لاستغلال موارد المحيطات، وسيكون لتكوينها وتطويرها أثر إيجابي وواسع النطاق على اقتصاد المحيطات العالمي وثقافته ووعي الإنسان بها.
