6 แนวโน้มสำคัญในการทำเหมืองในอนาคตที่ไม่ควรมองข้าม
ด้วยการพัฒนาอุตสาหกรรม ความต้องการทรัพยากรแร่จึงเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง ปัจจุบัน ทั้งประเทศพัฒนาแล้วและประเทศกำลังพัฒนาต่างมองว่าการครอบครองและการพัฒนาทรัพยากรแร่เป็นมาตรการเชิงกลยุทธ์ ส่งผลให้การพัฒนาเหมืองแร่มีเทคโนโลยีและวิธีการทำเหมืองแร่ที่มีประสิทธิภาพ ปลอดภัย และต้นทุนต่ำเกิดขึ้นมากมาย การพัฒนาทรัพยากรแร่อย่างมีประสิทธิภาพจึงจำเป็นต้องก้าวให้ทันเทคโนโลยีขั้นสูง
(I) ข่าวกรองในเหมืองใต้ดิน
ปัจจุบัน เหมืองใต้ดินทั่วโลกกำลังมุ่งเน้นประสิทธิภาพและความปลอดภัย ซึ่งนำไปสู่การพัฒนาอย่างต่อเนื่องในด้านการใช้เครื่องจักรกลและระบบอัตโนมัติ ยกตัวอย่างเช่น เหมืองเหล็กคีรูนาของสวีเดน เหมืองเหล็กคีรูนามีชื่อเสียงในด้านการผลิตแร่เหล็กคุณภาพสูง (ที่มีปริมาณเหล็กเกิน 70%) และเป็นหนึ่งในเหมืองเหล็กที่ใหญ่ที่สุดในโลก การสกัดแร่เหล็กของเหมืองมีประวัติยาวนานกว่า 70 ปี โดยเปลี่ยนจากการทำเหมืองแบบเปิดมาเป็นการทำเหมืองใต้ดิน เหมืองเหล็กคีรูนามีศักยภาพสูงในการนำอุปกรณ์เครื่องจักรกลขนาดใหญ่ ระบบควบคุมระยะไกลอัจฉริยะ และระบบการจัดการที่ทันสมัยมาใช้ ระบบและอุปกรณ์การทำเหมืองที่เป็นระบบอัตโนมัติและอัจฉริยะขั้นสูงเป็นกุญแจสำคัญในการทำให้การสกัดแร่เป็นไปอย่างปลอดภัยและมีประสิทธิภาพ
การพัฒนา เหมืองเหล็กคีรูนาใช้ระบบปล่องและทางลาดที่ผสมผสานกัน เหมืองมีปล่องสามปล่องสำหรับการระบายอากาศ การยกแร่ และหินเสีย บุคลากร อุปกรณ์ และวัสดุส่วนใหญ่จะถูกขนส่งโดยใช้อุปกรณ์ไร้รางผ่านทางลาด ปล่องยกหลักตั้งอยู่บนฐานของตัวแร่ จนถึงปัจจุบัน หน้าเหมืองและระบบขนส่งหลักได้ถูกลดระดับลงหกครั้ง โดยปัจจุบันระดับขนส่งหลักอยู่ที่ 1,045 เมตร
การเจาะ การอัด และการระเบิด การเจาะอุโมงค์ใช้สว่านขนาดใหญ่ที่ติดตั้งเครื่องมือวัดอิเล็กทรอนิกส์สามมิติเพื่อกำหนดตำแหน่งหลุมได้อย่างแม่นยำ การเจาะแบบสโตปใช้แท่นขุดเจาะควบคุมระยะไกลรุ่น ซิมบ้า W469 ที่ผลิตโดยบริษัทแอตลาส คอปโก ประเทศสวีเดน ซึ่งมีเส้นผ่านศูนย์กลางรู 150 มิลลิเมตร และความลึกรูสูงสุด 55 เมตร แท่นขุดเจาะนี้ใช้ระบบเลเซอร์เพื่อกำหนดตำแหน่งที่แม่นยำ ไม่ต้องใช้คนควบคุม และสามารถทำงานได้ต่อเนื่อง 24 ชั่วโมง ปริมาณการระเบิดแร่ต่อปีสูงถึง 3 ล้านตัน
การขนถ่ายแร่ การขนส่ง และการยกแร่ระยะไกล การขุดเจาะ ขนถ่ายแร่ การขนส่ง และการยกแร่ในเหมืองเหล็กคิรูนา ล้วนดำเนินการด้วยระบบอัจฉริยะและระบบอัตโนมัติ โดยใช้แท่นขุดเจาะและรถตักแร่ทำงานโดยไม่มีคนควบคุม การขนถ่ายแร่ใช้รถตักควบคุมระยะไกลรุ่น โตโร่ 2500E ซึ่งมีประสิทธิภาพ 500 ตัน/ชม. ต่อหน่วยเดียว ระบบขนส่งใต้ดินประกอบด้วยสายพานลำเลียงและการขนส่งทางรถไฟอัตโนมัติ โดยทั่วไปแล้ว การขนส่งทางรถไฟอัตโนมัติประกอบด้วยรถขนแร่ 8 คัน ซึ่งเป็นรถขนถ่ายแร่แบบเทจากด้านล่างอัตโนมัติสำหรับการโหลดและขนถ่ายแร่อย่างต่อเนื่อง สายพานลำเลียงจะลำเลียงแร่จากสถานีบดไปยังอุปกรณ์วัดโดยอัตโนมัติ เสร็จสิ้นการโหลดและขนถ่ายแร่ด้วยสกิปเพลา ซึ่งทั้งหมดนี้อยู่ภายใต้การควบคุมจากระยะไกล
เทคโนโลยีการพ่นคอนกรีตควบคุมระยะไกลและเทคโนโลยีเสริมแรงรองรับ อุโมงค์รองรับใช้คอนกรีตพ่น สลักยึดหิน และตาข่าย เสริมด้วยเครื่องพ่นคอนกรีตควบคุมระยะไกล พร้อมติดตั้งสลักยึดหินและตาข่ายเหล็กโดยใช้แท่นยึด
(ครั้งที่สอง) การประยุกต์ใช้เทคโนโลยีการชะล้างที่แพร่หลายมากขึ้น
ปัจจุบัน เทคโนโลยีการชะล้างแร่ถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายในการกู้คืนแร่ทองแดง แร่ทองคำ แร่ยูเรเนียม และอื่นๆ ที่มีคุณภาพต่ำ เทคโนโลยีการชะล้างแร่ประกอบด้วยการชะล้างในแหล่งแร่ การชะล้างแบบกอง (กอง การชะล้าง) และการชะล้างแบบระเบิดในแหล่งแร่ โดยทั่วไปแล้ว ประเทศต่างๆ เช่น สหรัฐอเมริกา แคนาดา และออสเตรเลีย มักใช้การชะล้างแบบกอง (กอง การชะล้าง) และการชะล้างแบบระเบิดในแหล่งแร่ เพื่อกู้คืนแร่ทองแดงที่มีคุณภาพต่ำ 0.15-0.45% แร่ทองแดงออกไซด์มากกว่า 2% และแร่ยูเรเนียม 0.02-0.1%
ยกตัวอย่างเช่น สหรัฐอเมริกา มีเหมืองมากกว่า 20 แห่งที่ใช้การชะล้างทองแดงแบบระเบิดในแหล่งแร่ ยกตัวอย่างเช่น เหมืองไมค์ในรัฐเนวาดาและเหมืองทองแดงโซเนียในรัฐแอริโซนา แต่ละแห่งผลิตทองแดงได้มากกว่า 2.2 ตันต่อวัน เหมืองบัตต์ในรัฐมอนแทนาและเหมืองคอปเปอร์ควีนบรานช์ในรัฐมอนแทนาผลิตทองแดงได้ 10.9–14.97 ตันต่อวัน ในสหรัฐอเมริกา การชะล้างทองแดงคิดเป็นสัดส่วนมากกว่า 20% ของผลผลิตทั้งหมด ทองคำมากกว่า 30% และการผลิตยูเรเนียมส่วนใหญ่มาจากการทำเหมืองแบบชะล้าง
(สาม) เทคโนโลยีการขุดแบบ ลึก เพลา
ขณะที่ปริมาณทรัพยากรลดลงอย่างต่อเนื่อง ความลึกในการทำเหมืองก็เพิ่มขึ้น โดยมักจะเกิน 1,000 เมตร ส่งผลให้เกิดความยากลำบากและปัญหามากมายที่ไม่พบในการทำเหมืองตื้น เช่น แรงดันดินที่เพิ่มขึ้น อุณหภูมิหินที่สูงขึ้น และความท้าทายที่มากขึ้นในการยก การระบายน้ำ การรองรับ และการระบายอากาศ
ปัญหาทั่วไปในเหมืองลึก:
ความสามารถในการยกของเหมือง เมื่อความลึกของเหมืองเพิ่มขึ้น ปัญหาแรกที่พบคือความสามารถในการยกของเหมือง ปัจจุบัน ความสามารถในการยกของเหมืองสามารถยกได้สูงสุดครั้งละ 2,000 เมตร เช่น เหมืองในแคนาดาที่มีความลึกสูงสุดของการยก 2,172 เมตร และเหมืองทองคำในแอฟริกาใต้ที่มีความลึกของปล่องเหมือง 2,310.4 เมตร ความสามารถของอุปกรณ์ยกของเหมืองนี้สามารถตอบสนองความต้องการของเหมืองขนาดใหญ่ที่มีปล่องเหมืองลึกได้อย่างเต็มที่
อุณหภูมิหินและการระบายอากาศที่เย็นลง เมื่อความลึกของเหมืองเพิ่มขึ้น อุณหภูมิของหินก็จะสูงขึ้นตามไปด้วย ยกตัวอย่างเช่น ในเหมืองทองแดง-สังกะสีโตโยฮาของญี่ปุ่น ที่ระดับความลึก -600 เมตร (ประมาณ 1,200 เมตรจากผิวดิน) อุณหภูมิของหินจะสูงกว่า 100°C แต่หลายประเทศกำหนดว่าอุณหภูมิใต้ดินต้องไม่เกิน 28°C โดยทั่วไปแล้ว เหมืองแบบปล่องลึกจะเพิ่มปริมาณการระบายอากาศใต้ดินและทำให้อากาศเย็นลงโดยใช้วิธีการระบายความร้อนด้วยอากาศและน้ำ เมื่อเลือกใช้วิธีการใดวิธีการหนึ่งหรือทั้งสองวิธี นอกจากการลดอุณหภูมิแล้ว ยังต้องคำนึงถึงการลดการระบายความร้อนจากอุปกรณ์เครื่องกลใต้ดิน อุปกรณ์ดีเซล และอุปกรณ์ทำความเย็นด้วย
การจัดการแรงดันดินและวิธีการทำเหมือง โดยทั่วไปเหมืองแบบ ลึก เพลา จะมีระบบวัดและตรวจสอบแรงดันดินที่สมบูรณ์ ซึ่งส่งผลโดยตรงต่อความสามารถในการดำเนินการผลิตของเหมืองและระดับต้นทุนการผลิต การระเบิดของหินเป็นปัญหาสำคัญในการทำเหมืองแบบ ลึก เพลา เพื่อคาดการณ์การระเบิดของหิน เหมืองหลายแห่งติดตั้งอุปกรณ์ตรวจสอบแผ่นดินไหวขนาดเล็กใต้ดิน เช่น เหมืองเงิน แสงอาทิตย์ เงิน ของฉัน ของสหรัฐอเมริกา ซึ่งติดตั้งอุปกรณ์ตรวจสอบแผ่นดินไหวขนาดเล็กที่ระดับ 2,254 เมตร เพื่อตรวจสอบตลอด 24 ชั่วโมง
การเผาไหม้และการระเบิดเอง การทำเหมืองแบบ ลึก เพลา อาจพบการลุกไหม้ของแร่ซัลไฟด์เองเนื่องจากอุณหภูมิของแร่ที่สูงและการระเบิดเองระหว่างการอัดระเบิด ซึ่งต้องใช้ความระมัดระวังเป็นพิเศษ
ในปัจจุบัน ความลึกในการขุดของเหมืองที่ไม่ใช่ถ่านหินในประเทศจีนโดยทั่วไปไม่เกิน 700–800 เมตร แต่ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา มีการพัฒนาแหล่งแร่บางแห่งที่ฝังอยู่ที่ความลึกประมาณ 1,000 เมตร เช่น เหมืองทองแดง ตงกวนซาน ภายใต้บริษัท ตงหลิง ธาตุที่ไม่ใช่เหล็ก โลหะ และพื้นที่ทำเหมือง จินชวน หมายเลข 2
(สี่) งานคุ้มครองสิ่งแวดล้อมเหมืองแร่
ในต่างประเทศ โดยเฉพาะประเทศที่พัฒนาแล้ว มีการใช้มาตรการที่ครอบคลุมสำหรับการจัดการสิ่งแวดล้อมในเหมือง มีมาตรฐานทางเทคนิคที่เข้มงวดสำหรับน้ำเสีย ก๊าซไอเสีย ตะกรัน ฝุ่น เสียงรบกวน ฯลฯ ที่ระบายออกจากเหมือง เหมืองคุณภาพต่ำหลายแห่งไม่สามารถก่อสร้างหรือเริ่มดำเนินการได้เนื่องจากต้นทุนการบำบัดสิ่งแวดล้อมที่สูงเกินไป
ปัจจุบัน ในต่างประเทศให้ความสำคัญกับการสร้างเหมืองที่ปราศจากขยะและสะอาด เหมืองถ่านหินวอลซุมของเยอรมนีในเขตอุตสาหกรรมรูห์รเป็นตัวอย่างที่ประสบความสำเร็จ เหมืองนี้ใช้เมือกถ่านหินจากโรงงานล้างถ่านหิน เถ้าจากการผลิตไฟฟ้าจากถ่านหิน และหินเสียใต้ดินที่บดละเอียดแล้วผสมกับซีเมนต์ กระตุ้นและกวน จากนั้นจึงสูบลงใต้ดินด้วยปั๊ม นายกฯ เพื่อเติมช่องว่าง เหมืองแห่งนี้ไม่มีการปล่อยขยะมูลฝอยออกสู่ภายนอก
(V) เทคโนโลยีการถมดิน
วัสดุอุดฟันที่แตกต่างกันจะถูกนำมาใช้ขึ้นอยู่กับเงื่อนไขที่แตกต่างกัน:
การสนับสนุนระดับภูมิภาค จำเป็นต้องใช้วัสดุอุดแข็งคุณภาพสูงเพื่อลดการปิดผนึกแบบยืดหยุ่นและอันตรายจากการระเบิดของหิน
การควบคุมชั้นหิน ข้อกำหนดด้านคุณภาพของวัสดุอุดไม่ได้เข้มงวดนัก แต่จำเป็นต้องใช้วัสดุอุดในปริมาณมาก และไม่ควรหดตัวหลังจากการวางวัสดุ
การทำเหมืองแบบหลายเส้น วัสดุที่ใช้เติมต้องมีความแข็งแรงภายใต้สภาวะความเค้นต่ำ เพื่อลดการเสียรูปและการเคลื่อนตัวของหินให้น้อยที่สุด
การควบคุมสิ่งแวดล้อม เพื่อให้แน่ใจว่าผนังแขวนได้รับการปิดผนึกเพื่อป้องกันการไหลของอากาศผ่านพื้นที่ที่ถูกขุด วัสดุอุดรูต้องไม่หดตัว และต้องใช้วัสดุอุดรูบริเวณกว้าง
ลดการยกหินเสีย การเตรียมและบดหินเสียใต้ดินเพื่อบรรจุวัสดุ จึงช่วยเพิ่มประสิทธิภาพ
ข้อควรพิจารณาในปัจจุบันสำหรับการกรอก:
มุ่งเน้นความพยายามในการสร้างระบบที่ใช้งานได้จริงและเชื่อถือได้ วิจัยและพัฒนาเทคโนโลยีการบรรจุที่มีประสิทธิภาพเพื่อบูรณาการกระบวนการบรรจุเข้ากับวงจรการทำเหมือง เน้นการจัดการระบบการบรรจุ
วิจัยเทคโนโลยีเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพระบบที่มีอยู่ รวมถึงการกระจายขนาดอนุภาคสำหรับวัสดุบรรจุคุณภาพสูง กระบวนการเตรียมวัสดุบรรจุที่ปรับปรุงดีขึ้นในไฮโดรไซโคลนและการบด และเทคโนโลยีการลำเลียงที่เพิ่มประสิทธิภาพ เช่น การสูญเสียแรงดัน การสึกหรอ การกัดกร่อน และการออกแบบระบบบรรจุโดยรวม
เสริมสร้างความเข้าใจเชิงปริมาณเกี่ยวกับกระบวนการเตรียม การขนส่ง การวาง และการเปลี่ยนรูปของวัสดุเติม เพื่อวางรากฐานสำหรับการทำเหมืองที่ปลอดภัย มั่นคง และมีประสิทธิภาพ กระบวนการเติมที่ใช้กันในระดับสากล ได้แก่ การเติมทรายด้วยไฮดรอลิก การเติมแบบแห้ง การเติมของแข็งที่มีน้ำปริมาณมาก และการเติมด้วยซีเมนต์ การเติมด้วยซีเมนต์ยังแบ่งย่อยได้อีกเป็น: การเติมตะกอนแบบแบ่งส่วนด้วยไฮดรอลิก (การลำเลียงด้วยแรงโน้มถ่วงความเข้มข้นสูง), การเติมวัสดุเติมอื่นๆ ด้วยไฮดรอลิก (การลำเลียงด้วยแรงโน้มถ่วงความเข้มข้นสูง), การเติมตะกอนแบบเต็มด้วยแรงโน้มถ่วง และการเติมตะกอนแบบเต็มด้วยปั๊ม วิธีการที่แนะนำในระดับสากลคือการเติมตะกอนแบบเต็มด้วยปั๊ม
ปัจจุบัน แคนาดามีเหมือง 12 แห่งที่ใช้การเติมสารเพสต์ความเข้มข้นสูง ขณะที่แอฟริกาใต้และออสเตรเลียก็มีระบบการเติมสารเพสต์แบบใหม่ที่ดำเนินการอยู่ กระบวนการเติมสารเพสต์แบบใหม่จะตอบสนองความต้องการด้านการอนุรักษ์ทรัพยากร สิ่งแวดล้อม การเพิ่มประสิทธิภาพ และการพัฒนาเหมืองได้ดียิ่งขึ้น การทำเหมืองแบบเติมสารเพสต์จะมีโอกาสที่กว้างขวางขึ้นในอุตสาหกรรมเหมืองแร่ในศตวรรษที่ 21
(หก) การขุดแร่โพลีเมทัลลิกโนดูลในมหาสมุทร
ก้อนแร่โพลีเมทัลลิกพบอยู่บนพื้นทะเลที่ความลึกประมาณ 3,000–5,000 เมตร วิธีการทำเหมืองที่เป็นไปได้จึงเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการขุดแร่เหล่านี้ ดังนั้น ประเทศต่างๆ ทั่วโลกจึงให้ความสำคัญกับการพัฒนาวิธีการทำเหมืองที่เชื่อถือได้ และได้ทำการวิจัยเชิงทดลองอย่างกว้างขวาง บางประเทศถึงกับทำการทดลองการทำเหมืองใต้น้ำลึกระดับกลางด้วย ตั้งแต่ปลายทศวรรษ 1960 จนถึงปัจจุบัน วิธีการทำเหมืองในทะเลที่ได้รับการพัฒนาและทดสอบในระดับนานาชาติ แบ่งออกเป็นสามประเภทหลักๆ ได้แก่ การทำเหมืองแบบถังต่อเนื่อง (คลับ) การทำเหมืองด้วยยานพาหนะควบคุมระยะไกลใต้ทะเล และการทำเหมืองแบบยกของไหล
วิธีการขุดแบบถังต่อเนื่อง (คลับ) วิธีนี้ได้รับการเสนอโดยชาวญี่ปุ่นในปี พ.ศ. 2510 วิธีการนี้ค่อนข้างง่าย ประกอบด้วยเรือขุด, สายลากจูง, ถัง และเรือลากจูง ถังจะยึดติดกับสายลากจูงเป็นระยะๆ และปล่อยลงสู่พื้นทะเล สายลากจูงที่ขับเคลื่อนโดยเรือลากจูงจะเคลื่อนถังลง, ตัก และขึ้น การทำงานแบบวนรอบเชือกแบบไม่มีขั้นตอนนี้ก่อให้เกิดวงจรการเก็บตัวอย่างอย่างต่อเนื่อง คุณสมบัติหลักของ คลับ คือความสามารถในการปรับตัวตามการเปลี่ยนแปลงความลึกและรักษาการดำเนินงานตามปกติ อย่างไรก็ตาม การผลิตของ คลับ ทำได้เพียง 100 ตัน/วัน ซึ่งต่ำกว่าข้อกำหนดการทำเหมืองของภาคอุตสาหกรรมมาก ดังนั้น วิธีการขุดแบบ คลับ จึงถูกยกเลิกในช่วงปลายทศวรรษ 1970
วิธีการทำเหมืองด้วยยานยนต์ควบคุมระยะไกลใต้ท้องทะเล วิธีการนี้ส่วนใหญ่ได้รับการเสนอโดยชาวฝรั่งเศส ยานยนต์ควบคุมระยะไกลใต้ท้องทะเลนี้เป็นยานยนต์ดำน้ำไร้คนขับ ประกอบด้วยระบบหลักสี่ระบบ ได้แก่ ระบบเก็บแร่ ระบบขับเคลื่อนด้วยตัวเอง ระบบควบคุมการลอยตัว และระบบถ่วงน้ำหนัก ภายใต้การเฝ้าระวังจากเรือแม่ที่ผิวน้ำ ยานทำเหมืองจะดำดิ่งลงสู่ก้นทะเลตามคำสั่งเพื่อเก็บก้อนแร่ เมื่อเต็มแล้ว ยานจะโผล่ขึ้นมาเหนือน้ำและขนถ่ายก้อนแร่ลงในถังรับของเรือแม่ โดยทั่วไปแล้ว เรือแม่ที่ผิวน้ำสามารถควบคุมยานทำเหมืองหลายลำพร้อมกันได้ ระบบการทำเหมืองนี้ต้องใช้เงินลงทุนจำนวนมาก และด้วยมูลค่าผลิตภัณฑ์ต่ำและไม่มีผลประโยชน์ทางเศรษฐกิจมานานหลายทศวรรษ สมาคมวิจัยและพัฒนาก้อนแร่แห่งมหาสมุทรแห่งฝรั่งเศสจึงยุติการวิจัยในปี พ.ศ. 2526 อย่างไรก็ตาม หลักการเก็บและขนส่งของยานทำเหมืองนี้ถือว่ามีแนวโน้มที่ดี
วิธีการขุดแบบยกของไหล ปัจจุบัน วิธีการที่ได้รับการยอมรับในระดับสากลและมีศักยภาพในการนำไปใช้ในอุตสาหกรรมมากที่สุดคือการขุดแบบยกของไหล เมื่อเรือขุดมาถึงพื้นที่ขุด ท่อรวบรวมและท่อยกจะเชื่อมต่อกันและค่อยๆ หย่อนลงสู่ทะเล ตัวรวบรวมจะรวบรวมก้อนตะกอนจากก้นทะเลและดำเนินการประมวลผลเบื้องต้น โดยการยกด้วยไฮดรอลิกหรือนิวเมติก น้ำในท่อจะเคลื่อนขึ้นด้านบนด้วยความเร็วที่เพียงพอที่จะลำเลียงก้อนตะกอนไปยังเรือขุดผิวน้ำ
การพัฒนาและการใช้ประโยชน์จากมหาสมุทรของมนุษย์ในศตวรรษที่ 21 ทำให้เทคโนโลยีการทำเหมืองมหาสมุทรมีความสำคัญอย่างยิ่ง การพัฒนาเทคโนโลยีขั้นสูงสมัยใหม่ได้ปูทางไปสู่การใช้ประโยชน์จากทรัพยากรมหาสมุทร และการก่อตัวและความก้าวหน้าของเทคโนโลยีดังกล่าวจะส่งผลกระทบเชิงบวกและกว้างไกลต่อเศรษฐกิจ วัฒนธรรม และความตระหนักรู้เกี่ยวกับมหาสมุทรของโลก
