Açık Ocak Madenciliği Limitlerinin Tasarlanması İçin İlkeler ve Yöntemler
Açık Ocak Madenciliğinin Özellikleri Açık ocak madenciliği, belirli kazı ve nakliye ekipmanları kullanılarak açıkta (yüzeyde) cevher çıkarılmasıdır. Belirleyici özelliği, cevherin geri kazanılması için çevredeki kaya ve örtü tabakasının sıyrılması ve cevher veya kayanın yüzey nakliye yolları veya yeraltı işletmeleri aracılığıyla yüzeye taşınması gerektiğidir. Bu yöntem, metal cevherleri, metalurjik hammaddeler, inşaat malzemeleri, kimyasal hammaddeler ve kömürün çıkarılmasında yaygın olarak kullanılır.
Açık ocak madenciliği, yeraltı madenciliğine kıyasla, açık bir alanda faaliyet gösterdiği için aşağıdaki özelliklere sahiptir:
(1) Çalışma alanı nispeten kısıtlı olmadığından, büyük mekanize ekipmanların kullanımı kolaylaşır. Yüksek düzeyde mekanizasyon ve otomasyon, madencilik yoğunluğunu ve cevher çıktısını artırabilir.
(2) Yüksek iş gücü verimliliği.
(3) Düşük madencilik maliyetleri, düşük kaliteli cevherlerin büyük ölçekte işletilmesini mümkün kılar.
(4) Mineral kaynaklarının geri kazanılması için elverişli olan daha düşük cevher kaybı ve seyreltme.
(5) Daha kısa geliştirme süresi; yıllık cevher tonu başına sermaye harcaması, yeraltı madenciliğine göre daha düşüktür.
(6) Sıcak veya yanıcı cevher gövdeleri için açık ocak madenciliği, yer altı madenciliğinden daha güvenli olabilir.
(7) Daha iyi çalışma koşulları ve genel olarak daha güvenli operasyonlar.
(8) Açık ocak işletmeleri önemli miktarda toz ve araç emisyonu üretir; zararlı bileşenler içeren patlatılmış kaya, ortam havasını, suyu ve toprağı bir dereceye kadar kirletebilir.
(9) Atık depolama alanlarına büyük miktarlarda örtü malzemesi bırakılmaktadır; atık tesisleri önemli miktarda araziyi (dağlar, tarım arazileri) kaplar ve yerel olarak çevreyi bozabilir.
(10) Kar, buz ve şiddetli yağmur gibi hava koşulları açık ocak işletmelerini olumsuz etkileyebilir.
Madencilik sınırlarının (ocak sınırları) tanımlanması, açık ocak maden tasarımının temeli ve ekonomik olarak verimli ve güvenli işletme için bir ön koşuldur. Dünya çapındaki araştırmacılar ve uygulayıcılar, uzun zamandır ocak sınırlarının optimizasyonu üzerinde çalışmakta ve önemli sonuçlar elde etmektedir. Ancak, açık ocak madenleri karmaşık, değişken jeolojik kütleler, düzensiz derece dağılımları ve değişen ekonomik parametrelerle (doğrusal olmayan ve dinamik faktörler) karşı karşıya olduğundan, optimum ocak sınırlarını belirlemek zor olmaya devam etmektedir. Bu makale, ocak sınırı optimizasyonundaki temel konuları ele almaktadır: önceki çalışmaları gözden geçirmekte, ocak sınırlarının dinamik özelliklerini analiz etmekte, nihai kararlı eğim açısını etkileyen ana faktörleri incelemekte, makul bir nihai eğimi tahmin etmek için yöntemler önermekte ve ocak sınırı serileri oluşturmak ve nihai ocak sınırını belirlemek için hızlı yöntemler incelemektedir. Mühendislik uygulamalarına ve güncel gelişmelere dayanan ve çok disiplinli teori ve yöntemleri kullanan çalışma, önemli teorik ve pratik değere sahip sistematik, derinlemesine bir araştırma sunmaktadır.
Açık Ocak Limitleri için Tasarım İlkeleri Açık ocak limitlerinin büyüklüğü, çıkarılacak cevher ve örtü tabakası miktarını belirler. Ocak limitleri derinleşip genişledikçe, cevher tonajı artar, ancak örtü tabakası da önemli ölçüde artarak sıyırma oranının artmasına neden olur. Bu nedenle, ocak limitlerinin belirlenmesi, esasen sıyırma oranının ekonomik olarak kabul edilebilir sıyırma oranını aşmayacak şekilde kontrol edilmesini içerir.
Çeşitli sıyırma oranları, çukur sınırı boyutuyla ilişkilidir. Hangi sıyırma oranının kontrol edileceği tartışılmaktadır; bu makale, tarihsel olarak erken ve temsili üç akademik bakış açısını ve bunlara karşılık gelen tasarım kriterlerini sunmaktadır:
(1) Çukur sınırı soyma oranı ekonomik soyma oranından büyük olmamalıdır Bu kriter, çukur sınırındaki soyma oranının ekonomik olarak makul soyma oranını aşmamasını gerektirir. Özü, çukur derinleştikçe açık ocak madenciliğinin marjinal ekonomik faydasının yeraltı madenciliğinden daha kötü olmamasını sağlamaktır. İnce örtü tabakasına sahip sürekli cevher yatakları için bu ilke, yataktan elde edilen toplam kârı maksimize etme eğilimindedir. Toplam ekonomik çıktıyı optimize etmeyi amaçladığı ve hesaplanması ve uygulanması kolay olduğu için ≤ kriteri, hem yurt içinde hem de yurt dışında manuel çukur sınırı tasarımında yaygın olarak kullanılır. Ancak, kalın veya süreksiz örtü tabakasına sahip yataklar için bu kriter uygun olmayabilir; bu nedenle, optimum bir çukur sınırı için gerekli ancak yeterli bir koşul değildir.
(2) Ortalama sıyırma oranı ekonomik sıyırma oranından büyük değildir Bu kriter, açık ocak madenciliğinin genel ekonomik performansını kontrol etmeyi ve yeraltı madenciliğinden daha kötü olmamasını sağlamayı amaçlar. Amaç, genel açık ocak ekonomisinin yeraltı madenciliğinin altına düşmemesini sağlarken, ocak sınırı alanındaki geri kazanılabilir cevheri en üst düzeye çıkarmaktır. Aritmetik ortalama kullandığı için, bazı yerel alanlar yeraltı yöntemlerine göre ekonomik olarak daha düşük performans gösterebilir. ≤ ortalama kriteri, ≤ ocak sınırı kriteriyle birlikte kullanılabilir: ocak sınırı kriterine göre ocak ana hatları belirlendikten sonra, bu sınır içindeki ortalama sıyırma oranı kontrol edilmelidir. Bu kriter, genellikle açık ocak çıkarımını en üst düzeye çıkarmak (seyreltmeyi ve cevher kaybını en aza indirmek için) istendiğinde yüksek değerli, nadir mineraller veya küçük yataklar için uygulanır. Ayrıca, boyutlu taş ve kireç taşı ocakları için de yaygın olarak kullanılır.
(3) Üretim sıyırma oranı ekonomik sıyırma oranından büyük değil Üretim sıyırma oranı, maden üretim döngüsü boyunca deneyimlenen gerçek sıyırma-cevher oranını yansıtır. ≤ üretim kriterinin uygulanması, herhangi bir üretim aşamasında açık ocak ekonomik sonucunun yeraltı madenciliğinden daha kötü olmamasını sağlar. Üretim sıyırma oranı bir denge üretim oranı veya dengesiz (zamana bağlı) bir sıyırma oranı olabilir. Üretim kriterinden türetilen ocak sınırları, ocak sınırı kriterinden türetilenlerden daha küçük, ancak ortalama kriterden türetilenlerden daha büyüktür ve bu nedenle daha yüksek ilk sıyırma ve geliştirme yatırımına yol açar. Üretim sıyırma oranını kesin olarak tanımlamak zor ve derinlikle ilişkisi karmaşık olduğundan, bu kriter daha az pratiktir ve nadiren kullanılır.
Açık Ocak Madenciliği Unsurları Limitler 3.1 Son eğim açısı ve eğim yapısı Son (nihai) ocak eğim açısı, üretim güvenliğini ve ekonomik performansı büyük ölçüde etkiler. Ekonomik açıdan, daha dik bir eğim (daha büyük açı) tercih edilir çünkü daha küçük bir eğim açısı atık bertarafını ve sıyırma oranını artırır. Ancak, aşırı eğim açıları dengesizliğe neden olabilir ve güvenliği tehlikeye atabilir. Bu nedenle, son eğim açısı hem stabilite (güvenlik) hem de işletme (madencilik) gerekliliklerini karşılamalıdır.
Stabilite gerekliliği, kaya kütlesi özelliklerine ve stabilite analizine dayanarak, nihai şev açısının şev stabilitesini sağlaması gerektiğidir. Ocak sınırı tasarım aşamasında, nihai şev açıları genellikle benzer madenlere referansla seçilir ve ardından mevcut verilerle ön stabilite analizine ve basitleştirilmiş hesaplamalara tabi tutulur.
3.2 Taban (çukur tabanı) genişliği ve konumu (1) Minimum taban genişliği ve değerleri Minimum çukur tabanı genişliği, madencilik ve nakliye ekipmanlarının güvenli bir şekilde çalışmasına olanak sağlamalıdır. Genellikle başlangıç hendeği (ilk kesim) genişliğinden daha dar olmamalıdır; minimum değer, ekipman özellikleri ve nakliye düzeni hesaplamaları tarafından belirlenir.
(2) Taban konumu ve geometrik olarak benzer (kendi kendine benzer) çukur sınırları Çukur tabanının yerini belirlemenin temel kriteri, çukur içindeki ortalama sıyırma oranını en aza indirmektir. Bazen çukur tabanı, kaya mekaniği veya yapısal bölgelere göre ayarlanarak, son eğimlerin çatlaklı veya yapısal olarak zayıf bölgelerden kaçınması, stabiliteyi artırması ve patlatmayı basitleştirmesi sağlanır.
Cevher gövdesinin yatay kalınlığına bağlı olarak, ocak tabanı için üç olası pozisyon vardır:
Cevher gövdesi yatay kalınlığı minimum taban genişliğinden az ise, ocak taban düzlemi minimum genişliğe çizilir.
Yatay kalınlık minimum taban genişliğine eşit veya biraz fazla ise, ocak taban genişliği cevher gövdesi kalınlığına eşit olarak ayarlanır.
Cevher gövdesinin yatay kalınlığı minimum taban genişliğini çok aşıyorsa, minimum taban genişliği kullanılır.
Seçilen pozisyon, geri kazanılabilir cevheri en üst düzeye çıkarmalı, atığı en aza indirmeli ve en iyi cevher kalitesini üretmelidir; yani ekonomik faydayı en üst düzeye çıkarmalıdır.
Gerçek çukur tabanlarının genişlikleri sıfırdan farklı olduğundan, geometrik olarak benzer çukur sınırları tam olarak uygulanabilir değildir. Tasarımda, çukur tabanı konumunu şu durumlara göre belirleyin: (i) düz arazide, hem kalın hem de ince cevher gövdeleri geometrik olarak benzer çukur sınırları oluşturabilir; (ii) eğimli arazide, yatay kalınlık minimum genişlikten büyükse çukur benzer şekillidir; buna karşın, yatay kalınlığı minimum genişlikten küçük olan ince cevher gövdeleri ek kısıtlamaları karşılamalıdır.
(3) Geometrik olarak benzer çukur sınırları için tasarım yöntemi Geometrik olarak benzer çukur sınırı, ortalama soyma oranını en aza indiren teorik olarak en uygun dip konumudur; aslında dip genişliği sıfıra yaklaştığında en uygun dip konumudur.
3.3 Ocak derinliği: Ocak sınırı tasarım kriterleri, esasen ekonomik olarak haklı ocak derinliğini belirler. Cevher gövdesinin sürekliliğine ve doğrultu uzunluğuna bağlı olarak, ocaklar uzun ocaklar veya kısa ocaklar olarak sınıflandırılabilir. Uzunluk-genişlik oranı 4:1'i aşarsa, ocak d"long" olur ve uç duvar cevher hacmi nispeten küçük olur; manuel tasarımda ise, uç duvar katkısı genellikle ihmal edilebilir düzeydedir. Oran 4:1'den azsa, ocak d"shortd" olur ve uç duvar cevheri toplamın %15-20'sini veya daha fazlasını oluşturabilir ve dikkate alınmalıdır.
(1) Jeolojik kesitlerde çukur derinliğinin ön tespiti Jeolojik kesitlerde çukur derinliğini belirlemek için üç yöntem mevcuttur: (a) analitik yöntem, (b) grafiksel yöntem ve (c) plan analizi (şema analizi) yöntemi. Plan analizi yöntemi en yaygın kullanılan yöntemdir. Adımları şunlardır: 1) birkaç aday çukur derinliği önermek; 2) her derinlik için çukur sınırı soyma oranlarını hesaplamak; 3) analiz eğrilerini çizmek ve bir başlangıç derinliği seçmek.
(2) Kesitlerde alt kotu ayarlayın Kesitlerde çukur tabanı kotunu ayarlayın; ayarlanan kot, tasarım çukur derinliğidir.
(3) Açık ocak sınırlarının belirlenmesi (manuel yöntem) Ocak sınırlarının manuel olarak belirlenmesi üç ana adımı içerir:
Çukur tabanının teorik çevresini tasarım derinliğinde çizin: Her bir enine kesit, uzunlamasına kesit ve yardımcı kesitte, tasarım derinliğindeki çukur sınırını çizin; ardından o kottaki stratigrafik ufkun bir planını çizin. Kesit görünümlerinden çukur tabanının uç noktalarını plana yansıtın ve teorik taban çevresini elde etmek için bunları birleştirin. Tasarım çukur tabanı çevresini oluşturmak için poliçizgiyi bir eğriye dönüştürün. Zemin boyutlarının nakliye düzeni ve ekipman çalışma gerekliliklerini karşıladığını doğrulayın; düzlük, eğrilik yarıçapları ve taban uzunluğu teknik standartları karşılamalıdır.
Çukur sınırını çizin: Topoğrafik-jeolojik planda, tasarım taban çevresini çizin ve ardından, seçilen eğim elemanlarına göre her bir basamak (yani basamaklar ve eğimler) için içten dışa doğru basamak tabanları ve tepe çizgileri çizin. Çukurun çökük kısımları, planda kapalı basamak tabanları oluşturur; yamaç kısımlarında ise aynı kottaki kontur çizgilerine bağlanan basamak taban çizgileri bulunabilir.
Son çukur planını çizin: Çukur sınır planına nakliye ve geliştirme yollarını (hat güzergahı) yerleştirin, ardından son konfigürasyon için alttan dışa doğru bank yüzlerini ve platformlarını çizin. Gerektiğinde banklar arası rampa platformları da tasarlayın. Yol güzergahı ve geliştirme kısıtlamaları eğim açılarını gevşetip sıyrılmayı artırabileceğinden, ilk çukur sınır planını kontrol edin ve ayarlayın.
(4) Çukur sınırı kesitlerini çizin. Nihai çukur planını kullanarak, uygun ölçeklerde üç temsili kesit çizin. Uzunlamasına kesit çizgisi, planın temel taban genişlik noktalarından geçirilir; basamak genişliklerini kullanarak, kesitleri tamamlamak için sırayla yukarı doğru çıkıntı yapın.
Açık Ocak Sınırlarının Belirlenmesi ve Optimizasyonu Yukarıda açıklanan yaygın olarak uygulanan tasarım prensipleri kullanılarak, ocak sınırının belirlenmesi ve optimizasyonu için yöntem ve adımlar aşağıdaki gibidir:
(1) Çukur derinliğini belirleyin. Uzun çukurlar için, önce her jeolojik kesitteki derinliği belirleyin ve ardından boylamasına kesitleri kullanarak taban kotunu ayarlayın. Geniş derinlik-genişlik oranlarına sahip kısa çukurlar için, uç duvar genişlemesinin etkilerini göz önünde bulundurun. Derinlik doğrudan kesitlerden belirlenemiyorsa, birkaç aday derinlik için plan görünümlerinde çukur sınırı soyma oranlarını hesaplayın ve çukur sınırı soyma oranının ekonomik olarak makul soyma oranına eşit olduğu derinliği seçin.
(2) Ocak tabanı çevresini plan üzerinde belirleyin. Ocak tabanı genişliği, cevher gövdesinin yatay kalınlığından daha büyük veya daha küçük olabilir, ancak minimum genişlik gerekliliğini karşılamalıdır. Prensip, cevher geri kazanımını en üst düzeye çıkarırken atığı en aza indirmektir. Minimum taban genişliği, güvenli üretimi ve madencilik ve nakliye ekipmanlarının normal çalışmasını sağlamalıdır; pratikte başlangıç hendeği genişliğine karşılık gelir ve yönteme ve ekipmana bağlıdır; genellikle güvenlik için 20-30 m'den az değildir.
Taban kotu ve uç konumlarını belirledikten sonra, kesitlerden alınan uç noktaları tasarım kotundaki stratigrafik plana yansıtarak ve bunları birleştirerek teorik taban çevresini çizin. Taşıma kolaylığı için taban çevresi mümkün olduğunca düz olmalı; kavisli parçalar ekipman için minimum eğrilik yarıçaplarını karşılamalıdır.
(3) Eğim yapısını ve eğim açılarını belirleyin. Eğim stabilitesi, güvenli üretim için olmazsa olmazdır. Eğim açısının doğru seçimi, stabiliteyi sağlamanın temel yoludur. Teknik ve stabilite gereklilikleri dahilinde, atık bertarafını en aza indirmek için mümkün olan en dik nihai eğim açısını benimseyin. Eğim açılarını belirlerken, kaya kütlesi özelliklerini, jeolojik yapıyı, hidrojeolojiyi, madencilik yöntemini ve ekipmanlarını, planlanan maden ömrünü ve iklimi göz önünde bulundurun. Mümkün olan yerlerde, kaya mekaniği testleri yapın ve eğim stabilitesi hesaplamaları yapın. Mevcut hesaplama yöntemleri her zaman mükemmel olmadığından, pratikte nihai eğim açıları genellikle benzer madenlere ve deneysel verilere referans alınarak seçilir.
(4) Son plan görünümünü çizin. Adımlar şunları içerir:
Belirlenen çukur tabanı çevresi şeffaf kağıda aktarılarak topoğrafik-jeolojik haritanın üzerine aktarılır; eğim elemanlarına göre içten dışa doğru çukur tabanları çizilir.
Taşıma yollarını düzenleyin.
Ön nihai çukur planını gözden geçirin ve revize edin.
Kesinleşmiş planı, kesit sınırlarının planla uyumlu olması için kesitlere yansıtın. Eğim açısı, taban genişliği ve derinlik nihai ocak sınırlarını güçlü bir şekilde etkilediğinden, açık ocak sınırlarını modellemek ve optimize etmek için dinamik bir değerlendirme endeks sistemi oluşturulabilir. Geliştirilmiş BP sinir ağı algoritmaları, kararlı nihai eğim açıları için tahmin modelleri oluşturmak üzere kullanılabilir. Üç boyutlu bilgisayar simülasyonu, üretimin verimli ve görsel olarak planlanmasını destekleyebilir. Bilgisayar simülasyon yöntemleri, ocak sınırlarının daha da optimize edilmesini sağlar.
Sonuç Açık ocak madenciliği, açık bir çalışma alanında belirli kazı ve nakliye ekipmanları kullanır. Son ocak eğim açısı, ocak tabanı genişliği ve konumu ve ocak derinliği, üretim güvenliğini ve ekonomisini önemli ölçüde etkiler. Ocak sınırlarını belirlemek, makul bir tasarım elde etmek için temel ilkelere bağlı kalmayı ve sahaya özgü koşullara esnek bir şekilde uyum sağlamayı gerektiren karmaşık bir iştir. Bu makalede, ocak sınırı optimizasyonundaki temel konular incelenmiş, açık ocak sınırlarının özellikleri analiz edilmiş, kararlı son eğim açısını etkileyen temel göstergeler ve makul bir son eğim tahmin etme yöntemleri incelenmiş ve ocak sınırlarını optimize etme yaklaşımları tartışılmıştır.
