Gelecekteki Madencilikte Göz Ardı Edilemeyecek 6 Önemli Trend
Sanayinin gelişmesiyle birlikte maden kaynaklarına olan talep artmaya devam etmektedir. Günümüzde hem gelişmiş hem de gelişmekte olan ülkeler, kaynaklara sahip olmayı ve bunları geliştirmeyi stratejik birer önlem olarak görmektedir. Sonuç olarak, madenciliğin gelişmesiyle birlikte çok sayıda verimli, güvenli ve düşük maliyetli madencilik teknolojisi ve yöntemi ortaya çıkmıştır. Kaynakları etkili bir şekilde geliştirmek için ileri teknolojilere ayak uydurmak büyük önem taşımaktadır.
(I) Yeraltı Madenlerinde İstihbarat
Günümüzde dünya çapındaki yeraltı madenleri verimlilik ve güvenliğin peşinde koşmakta ve bu da mekanizasyon ve otomasyon seviyelerinde sürekli iyileştirmelere yol açmaktadır. Örnek olarak İsveç'in Kiruna Demir Madeni'ni ele alalım. Kiruna Demir Madeni, yüksek kaliteli demir cevheri (%70'in üzerinde demir içeriği) üretimiyle ünlüdür ve dünyanın en büyük demir madenlerinden biridir. Demir cevheri çıkarımı, açık ocak madenciliğinden yeraltı madenciliğine geçişle 70 yılı aşkın bir geçmişe sahiptir. Kiruna Demir Madeni'nin akıllı yapısı, öncelikle büyük ölçekli mekanik ekipmanların, akıllı uzaktan kumanda sistemlerinin ve modern yönetim sistemlerinin kullanımından kaynaklanmaktadır. Yüksek otomasyonlu ve akıllı madencilik sistemleri ve ekipmanları, güvenli ve verimli bir çıkarımın sağlanmasında kilit rol oynar.
Geliştirme. Kiruna Demir Madeni, birleşik bir kuyu ve rampa geliştirme sistemi kullanmaktadır. Madende havalandırma, cevher ve atık kaya kaldırma için üç kuyu bulunmaktadır. Personel, ekipman ve malzemeler çoğunlukla rampalar üzerinden raysız ekipmanlarla taşınmaktadır. Ana kaldırma kuyusu, cevher yatağının ayak duvarında yer almaktadır. Maden ağzı ve ana taşıma sistemi bugüne kadar altı kez alçaltılmış olup, mevcut ana taşıma seviyesi 1045 m'dir.
Delme, Şarj Etme ve Patlatma. Tünel açma işlemlerinde, hassas delik konumlandırması için üç boyutlu elektronik ölçüm cihazlarıyla donatılmış jumbo matkaplar kullanılır. Tünel delme işlemlerinde, İsveçli Atlas Copco tarafından üretilen, delik çapı 150 mm ve maksimum delik derinliği 55 m olan Simba W469 uzaktan kumandalı sondaj kulesi kullanılır. Bu kule, hassas konumlandırma için bir lazer sistemi kullanır, insansızdır ve 24 saat kesintisiz döngülerle çalışabilir. Yıllık cevher patlatma hacmi 3 milyon tona ulaşabilir.
Uzaktan Cevher Yükleme, Taşıma ve Kaldırma. Kiruna Demir Madeni'nin ocaklarındaki delme, yükleme, taşıma ve kaldırma işlemlerinin tamamı, sondaj kuleleri ve yükleyicilerin insansız çalışmasıyla akıllı ve otomasyonlu hale getirilmiştir. Cevher yükleme işlemi, tek ünite verimliliği 500 t/sa olan Toro 2500E uzaktan kumandalı yükleyici ile gerçekleştirilmektedir. Yeraltı taşıma sistemi, bantlı taşıma ve otomatik raylı taşıma sistemlerini içerir. Otomatik raylı taşıma sistemleri genellikle, sürekli yükleme ve boşaltma için otomatik dip boşaltmalı 8 cevher vagonundan oluşur. Bantlı konveyörler, cevheri kırma istasyonundan ölçüm cihazına otomatik olarak taşır ve şaft kepçesi ile yükleme ve boşaltma işlemlerini uzaktan kumandayla gerçekleştirir.
Uzaktan Kumandalı Beton Püskürtme Teknolojisi ve Destek Güçlendirme Teknolojisi. Tünel desteği, püskürtme beton, kaya cıvataları ve tel örgünün bir kombinasyonunu kullanır. Bu, cıvatalama makineleri kullanılarak monte edilen kaya cıvataları ve çelik tel örgünün uzaktan kumandalı beton püskürtücüler ile tamamlanır.
(II) Sızdırma Teknolojisinin Giderek Yaygınlaşan Uygulaması
Günümüzde, düşük tenörlü bakır, altın cevherleri, uranyum cevherleri vb. geri kazanımında liç teknolojisi yaygın olarak kullanılmaktadır. Liç teknolojileri arasında yerinde liç, yığın liç ve yerinde patlatmalı liç bulunmaktadır. Amerika Birleşik Devletleri, Kanada ve Avustralya gibi ülkeler genellikle %0,15-%0,45 oranında düşük tenörlü bakır cevheri, %2'den fazla bakır oksit cevheri ve %0,02-%0,1 oranında uranyum cevheri geri kazanımı için yığın liç ve yerinde patlatmalı liç yöntemini kullanmaktadır.
Örnek olarak Amerika Birleşik Devletleri'ni ele alırsak, yerinde patlatmalı liç yöntemi kullanan 20'den fazla maden bulunmaktadır. Örneğin, Nevada'daki Mike Madeni ve Arizona'daki Zonia Bakır Madeni'nin her biri günde 2,2 tondan fazla bakır üretmektedir. Montana'daki Butte Madeni ve Copper Queen Branch Madeni günde 10,9-14,97 ton bakır metali üretmektedir. ABD'de liç yöntemiyle bakır üretimi toplam üretimin %20'sinden fazlasını, altın üretimi ise %30'u aşmakta ve uranyum üretiminin büyük çoğunluğu liç yöntemiyle elde edilmektedir.
(III) Derin Şaft Madenciliği Teknolojisi
Kaynak hacimleri azalmaya devam ettikçe, maden derinlikleri artmakta ve sıklıkla 1000 m'yi aşmaktadır. Bu durum, sığ madencilikte karşılaşılmayan birçok zorluk ve problemi beraberinde getirmektedir; örneğin artan zemin basıncı, daha yüksek kaya sıcaklıkları ve kaldırma, drenaj, destek ve havalandırmada daha büyük zorluklar.
Derin kuyu madenlerinde yaygın sorunlar:
Kaldırma Kapasitesi. Maden derinliği arttıkça karşılaşılan ilk sorun madenin kaldırma kapasitesidir. Mevcut kaldırma makineleri, en derin tek kaldırma yüksekliği 2172 m olan bir Kanada madeni ve kuyu derinliği 2310,4 m olan bir Güney Afrika altın madeni gibi, 2000 m'yi aşan maksimum tek kaldırma yüksekliğine ulaşabilmektedir. Kaldırma ekipmanının kapasitesi, büyük derin kuyu madenlerinin gereksinimlerini tam olarak karşılamaktadır.
Kaya Sıcaklığı ve Havalandırma Soğutması. Maden derinliği arttıkça kaya sıcaklıkları da buna bağlı olarak artar. Örneğin, Japonya'nın -600 m seviyesindeki (yüzeyden yaklaşık 1200 m) Toyoha Bakır-Çinko Madeni'nde kaya sıcaklıkları 100°C'yi aşmaktadır, ancak birçok ülke yeraltı sıcaklıklarının 28°C'yi geçemeyeceğini şart koşmaktadır. Derin kuyu madenleri genellikle yeraltı havalandırma hacmini artırır ve hava soğutma ve su soğutma yöntemlerini kullanarak havayı soğutur. Bunlardan birini veya her ikisini seçerken, sıcaklıkları düşürmenin yanı sıra, yeraltı mekanik ekipmanlarından, dizel ekipmanlarından ve soğutma ekipmanlarından kaynaklanan ısı yayılımını azaltmaya da dikkat edilmelidir.
Zemin Basıncı Yönetimi ve Madencilik Yöntemleri. Derin kuyu madenleri genellikle, madencilik üretiminin sorunsuz ilerleyip ilerlemeyeceğini ve üretim maliyetlerini doğrudan etkileyen eksiksiz bir zemin basıncı ölçüm ve izleme sistemi kurar. Kaya patlamaları, derin kuyu madenciliğinde önemli bir sorundur. Kaya patlamalarını tahmin etmek için birçok maden, yeraltına mikrosismik izleme cihazları yerleştirir; örneğin ABD Sunshine Gümüş Madeni, 2254 m seviyesine 24 saat izleme için mikrosismik izleme cihazı kurmuştur.
Kendiliğinden Yanma ve Patlama. Derin kuyu madenciliğinde, yüksek cevher sıcaklıkları nedeniyle sülfürlü cevherlerin kendiliğinden yanması ve patlayıcı şarjı sırasında kendiliğinden patlama meydana gelebilir ve bu durum yeterli dikkat gerektirir.
Günümüzde Çin'deki kömür dışı madenlerin madencilik derinliği genellikle 700-800 m'yi geçmemektedir, ancak son yıllarda, Tongling Nonferrous Metals Company'ye bağlı Dongguashan Bakır Madeni ve Jinchuan No. 2 Madencilik Alanı da dahil olmak üzere, yaklaşık 1000 m derinlikte gömülü bazı cevher yatakları geliştirilmektedir.
(IV) Maden Çevre Koruma Çalışmaları
Yabancı ülkelerde, özellikle gelişmiş ülkelerde, maden çevre yönetimi için kapsamlı önlemler alınmaktadır. Madenlerden çıkan atık su, egzoz gazları, cüruf, toz, gürültü vb. için sıkı teknik standartlar uygulanmaktadır. Birçok düşük tenörlü maden, aşırı çevre arıtma maliyetleri nedeniyle inşa edilememekte veya üretime alınamamaktadır.
Günümüzde, yurtdışında atıksız ve temiz madenler kurulmasına vurgu yapılmaktadır. Almanya'nın Ruhr Sanayi Bölgesi'ndeki Walsum Kömür Madeni başarılı bir örnektir. Maden, kömür yıkama tesisinden çıkan kömür çamurunu, kömür yakıtlı elektrik santralinden çıkan külü ve kırılmış yeraltı atık kayasını çimentoyla karıştırıp aktive edip karıştırdıktan sonra boşlukları doldurmak için bir PM pompasıyla yeraltına pompalamaktadır. Maden, dışarıya katı atık deşarj etmemektedir.
(V) Dolgu Madenciliği Teknolojisi
Değişen koşullara göre farklı dolgu malzemeleri kullanılır:
Bölgesel Destek. Elastik hacim kapanmasını ve kaya patlaması tehlikelerini azaltmak için yüksek kaliteli sert dolgu malzemelerine ihtiyaç vardır.
Kaya Katmanı Kontrolü. Dolgu malzemesi kalite gereklilikleri katı değildir, ancak büyük ölçekli dolgu gereklidir ve dolgu yerleştirildikten sonra büzülmemelidir.
Çok Damarlı Madencilik. Dolgu malzemeleri, kaya deformasyonunu ve yer değiştirmesini en aza indirmek için düşük stres koşullarında rijitlik gerektirir.
Çevresel Kontrol. Asma duvarın, kazılan alandan hava akışını önleyecek şekilde sızdırmaz hale getirilmesi, dolgu malzemesinin büzülmemesi ve geniş alan dolgusu yapılması gerekmektedir.
Atık Kaya Kaldırma İşleminin Azaltılması. Atık kayaların yeraltında dolgu malzemesi olarak hazırlanması ve kırılması ile verimliliğin artırılması.
Doldurma için güncel hususlar:
Çabalarınızı pratik ve güvenilir sistemler oluşturmaya odaklayın. Dolum operasyonlarını madencilik döngüleriyle entegre etmek için etkili dolum teknolojilerini araştırın ve geliştirin. Dolum sistemlerinin yönetimine önem verin.
Yüksek kaliteli dolgu malzemeleri için parçacık boyutu dağılımı, hidrosiklonlarda ve kırmada iyileştirilmiş dolgu malzemesi hazırlama süreçleri ve basınç kaybı, aşınma, korozyon ve genel dolum sistemi tasarımı gibi optimize edilmiş taşıma teknolojileri dahil olmak üzere mevcut sistemleri optimize etmeye yönelik araştırma teknolojileri.
Dolgu malzemesi hazırlama, taşıma, yerleştirme ve yük deformasyonu süreçlerine ilişkin nicel anlayışı güçlendirerek güvenli, istikrarlı ve verimli bir madenciliğin temellerini atmak. Uluslararası alanda kullanılan dolgu işlemleri arasında hidrolik kum dolgusu, kuru dolgu, yüksek su içerikli katı dolgu ve çimentolu dolgu yer alır. Çimentolu dolgu ayrıca şu şekilde sınıflandırılır: parçalı atık hidrolik dolgusu (yüksek konsantrasyonlu yerçekimiyle taşıma), diğer dolgu malzemesi hidrolik dolgusu (yüksek konsantrasyonlu yerçekimiyle taşıma), tam atık macunu yerçekimiyle doldurma ve tam atık macunu pompalama ile doldurma. Uluslararası alanda önerilen yöntem, tam atık macunu pompalama ile doldurmadır.
Kanada'da şu anda yüksek konsantrasyonlu macun dolumu kullanan 12 maden bulunmaktadır ve Güney Afrika ile Avustralya'da da yeni macun dolum sistemleri faaliyet göstermektedir. Yeni dolum süreçleri, kaynakların korunması, çevrenin korunması, verimliliğin artırılması ve maden geliştirme ihtiyaçlarını daha iyi karşılayacaktır. 21. yüzyıl madencilik sektöründe dolum madenciliğinin daha geniş bir potansiyeli olacaktır.
(VI) Okyanus Polimetalik Nodül Madenciliği
Polimetalik nodüller, deniz tabanında yaklaşık 3000-5000 m derinliklerde bulunur. Bunları çıkarmak için uygulanabilir madencilik yöntemleri şarttır. Bu nedenle, dünya çapındaki ülkeler güvenilir madencilik yöntemleri geliştirmeye öncelik vermiş ve kapsamlı deneysel araştırmalar yürütmüş, hatta bazıları orta ölçekli derin deniz madenciliği denemeleri bile gerçekleştirmiştir. 1960'ların sonlarından günümüze, uluslararası alanda geliştirilen ve test edilen okyanus madenciliği yöntemleri temel olarak üç kategoriye ayrılır: Sürekli Hat Kovası (CLB) madenciliği, deniz tabanında uzaktan kumandalı araç madenciliği ve akışkan kaldırma madenciliği.
Sürekli Hat Kovası (CLB) Madencilik Yöntemi. Bu yöntem 1967 yılında Japonlar tarafından önerilmiştir. Nispeten basit bir yöntem olup, esas olarak bir maden gemisi, çekme halatı, kovalar ve bir çekme gemisinden oluşur. Kovalar çekme halatına belirli aralıklarla bağlanır ve deniz tabanına indirilir. Çekme gemisi tarafından tahrik edilen çekme halatı, kovaları aşağı, yukarı ve kepçelerle hareket ettirir. Bu kademesiz halat döngüsel çalışması, sürekli bir toplama döngüsü oluşturur. CLB'nin temel özelliği, derinlik değişikliklerine uyum sağlama ve normal operasyonları sürdürme yeteneğidir. Ancak CLB'nin üretimi, endüstriyel madencilik gereksinimlerinin çok altında kalarak yalnızca 100 ton/gün'e kadar çıkmaktadır. Bu nedenle, CLB madencilik yöntemi 1970'lerin sonlarında terk edilmiştir.
Deniz Tabanından Uzaktan Kumandalı Araç Madenciliği Yöntemi. Bu yöntem esas olarak Fransızlar tarafından önerilmiştir. Deniz tabanından uzaktan kumandalı araç, temel olarak dört sistemden oluşan insansız bir su altı madencilik aracıdır: cevher toplama, kendi kendine tahrik, yüzdürme kontrolü ve balast. Yüzeydeki ana gemiden gözetim altında, madencilik aracı nodülleri toplamak için verilen komutlara göre deniz tabanına dalar. Dolduğunda, yüzeye çıkar ve nodülleri ana geminin alım haznesine boşaltır. Yüzeydeki ana gemi genellikle birden fazla madencilik aracını aynı anda kontrol edebilir. Bu madencilik sistemi önemli bir yatırım gerektirir ve düşük ürün değeri ve onlarca yıldır hiçbir ekonomik fayda sağlamaması nedeniyle Fransız Okyanus Nodülü Araştırma ve Geliştirme Derneği 1983'te araştırmayı durdurdu. Ancak, bu madencilik aracının toplama ve taşıma prensipleri umut verici olarak kabul edilmektedir.
Akışkan Kaldırma Madencilik Yöntemi. Günümüzde, uluslararası alanda kabul görmüş ve endüstriyel uygulama potansiyeli en yüksek yöntem akışkan kaldırma madenciliğidir. Maden gemisi maden sahasına vardığında, kollektör ve kaldırma borusu birbirine bağlanır ve kademeli olarak denize indirilir. Kollektör, deniz tabanındaki tortulardan nodülleri toplar ve ilk işlemeyi gerçekleştirir. Hidrolik veya pnömatik kaldırma yöntemiyle, borudaki su, nodülleri yüzey maden gemisine taşımak için yeterli hızda yukarı doğru hareket eder.
21. yüzyılda insan kaynaklı okyanus geliştirme ve kullanımının artmasıyla birlikte, okyanus madenciliği teknolojisi özellikle önem kazanmıştır. Modern yüksek teknolojinin gelişimi, okyanus kaynaklarının sömürülmesinin önünü açmıştır ve bu teknolojinin oluşturulması ve geliştirilmesi, dünya okyanus ekonomisi, kültürü ve insanların okyanus bilinci üzerinde olumlu ve geniş kapsamlı bir etkiye sahip olacaktır.
