6 fő trend a jövő bányászatában, amelyeket nem szabad figyelmen kívül hagyni
Az ipar fejlődésével az ásványkincsek iránti kereslet folyamatosan növekszik. Jelenleg mind a fejlett, mind a fejlődő országok stratégiai intézkedésnek tekintik az erőforrások birtoklását és fejlesztését. Ennek eredményeként a bányászat fejlődése számos hatékony, biztonságos és alacsony költségű bányászati technológia és módszer megjelenését eredményezte. Az erőforrások hatékony kiaknázása érdekében elengedhetetlen a lépést tartani a fejlett technológiákkal.
(I) Hírszerzés a földalatti bányákban
Jelenleg a földalatti bányák világszerte a hatékonyságra és a biztonságra törekszenek, ami a gépesítési és automatizálási szint folyamatos fejlesztéséhez vezet. Vegyük például a svéd Kiruna Vasbányát. A Kiruna Vasbánya híres a kiváló minőségű vasérc termeléséről (amelynek vastartalma meghaladja a 70%-ot), és a világ egyik legnagyobb vasbányája. Vasérckitermelése több mint 70 éves múltra tekint vissza, a külszíni fejtéstől a földalatti bányászatig. A Kiruna Vasbánya intelligenciája elsősorban a nagyméretű mechanikus berendezések, az intelligens távirányító rendszerek és a modern irányítási rendszerek használatából profitál. A magas szinten automatizált és intelligens bányászati rendszerek és berendezések kulcsfontosságúak a biztonságos és hatékony kitermelés biztosításához.
Fejlesztés. A kirunai vasbánya kombinált akna- és rámpafejlesztési rendszert használ. A bányában három akna található a szellőztetéshez, az érc és a meddőhányó emeléséhez. A személyzetet, a berendezéseket és az anyagokat főként sínek nélküli berendezésekkel, rámpákon keresztül szállítják. A fő emelőakna az érctelep lábánál található. A bányászati rés és a fő szállítórendszer eddig hatszor került lejjebb, a jelenlegi fő szállítási szint 1045 méter.
Fúrás, töltés és robbantás. Az alagútfúrás háromdimenziós elektronikus mérőműszerekkel felszerelt jumbo fúrókat használ a furatok pontos pozicionálásához. Az alagútfúráshoz a svéd Atlas Copco által gyártott Simba W469 távirányítású fúróberendezést alkalmazzák, amelynek furatátmérője 150 mm, maximális furatmélysége pedig 55 m. Ez a berendezés lézerrendszert használ a pontos pozicionáláshoz, pilóta nélküli, és 24 órás folyamatos ciklusokban képes működni. Az éves ércrobbantási mennyiség elérheti a 3 millió tonnát.
Távoli ércrakodás, szállítás és emelés. A kirunai vasbánya telephelyein a fúrás, a rakodás, a szállítás és az emelés mind intelligens és automatizált, a fúróberendezések és a rakodók személyzet nélkül működnek. Az ércrakodáshoz a Toro 2500E távirányítású rakodót használják, amelynek egy egységének hatékonysága 500 t/h. A földalatti szállítórendszer szalagos szállítórendszert és automatizált vasúti szállítást foglal magában. Az automatizált vasúti szállítás jellemzően 8 érckocsiból áll, amelyek automatizált, alulról ürítő kocsik a folyamatos be- és kirakodáshoz. A szalagos szállítószalagok automatikusan szállítják az ércet a zúzóállomásról a mérőeszközhöz, a be- és kirakodást pedig az aknakiszállási kocsival végzik, mindezt távirányítással.
Távirányítású betonszóró technológia és tartóerősítési technológia. Az alagút-megerősítéshez lőttbeton, kőzetcsavarok és háló kombinációját használják. Ezt távirányítású betonszórók teszik teljessé, kőzetcsavarokkal és acélhálóval, csavarozó berendezések segítségével.
(II) A kioldási technológia egyre szélesebb körű alkalmazása
Jelenleg a kioldási technológiát széles körben alkalmazzák alacsony minőségű réz, aranyércek, uránércek stb. kinyerésére. A kioldási technológiák közé tartozik a helyszíni kioldás, a halmos kioldás és a helyszíni robbantásos kioldás. Az olyan országok, mint az Egyesült Államok, Kanada és Ausztrália, általában halmos kioldást és helyszíni robbantást alkalmaznak 0,15–0,45% alacsony minőségű rézérc, több mint 2% réz-oxidérc és 0,02–0,1% uránérc kinyerésére.
Az Egyesült Államokat példaként véve, több mint 20 bánya alkalmaz helyszíni robbantásos kioldást réz kinyerésére. Például a nevadai Mike bánya és az arizonai Zonia rézbánya egyenként több mint 2,2 tonna rezet termel naponta. A montanai Butte bánya és a Copper Queen Branch bánya napi 10,9–14,97 tonna rézfémet termel. Az Egyesült Államokban a réz kioldása a teljes termelés több mint 20%-át, az arany meghaladja a 30%-ot, és az urántermelés túlnyomó többsége kioldásos bányászatból származik.
(III) Mélytengelyes bányászati technológia
Ahogy az erőforrások mennyisége folyamatosan csökken, a bányászat mélysége növekszik, gyakran meghaladja az 1000 métert. Ez számos nehézséggel és problémával jár, amelyekkel a sekély bányászatban nem találkozunk, mint például a megnövekedett talajnyomás, a magasabb kőzethőmérséklet, valamint a nagyobb kihívások az emelés, a vízelvezetés, a megtámasztás és a szellőzés terén.
Gyakori problémák a mélybányákban:
Emelési kapacitás. A bányászati mélység növekedésével az első felmerülő probléma a bánya emelési kapacitása. A jelenlegi emelők maximális egyszeri emelési magassága meghaladja a 2000 métert, például egy kanadai bánya 2172 méteres legmélyebb egyszeri emelési magassággal, és egy dél-afrikai aranybánya 2310,4 méteres aknamélységgel. Az emelőberendezések képességei teljes mértékben megfelelnek a nagy, mélyaknás bányák követelményeinek.
Kőzethőmérséklet és szellőzéses hűtés. A bányászati mélység növekedésével a kőzethőmérséklet is ennek megfelelően emelkedik. Például a japán Toyoha réz-cink bányában -600 méteres szinten (kb. 1200 méterrel a felszíntől) a kőzethőmérséklet meghaladja a 100°C-ot, de sok ország előírja, hogy a földalatti hőmérséklet nem haladhatja meg a 28°C-ot. A mély aknabányák általában növelik a földalatti szellőzés térfogatát, és levegőhűtéses, illetve vízhűtéses módszerekkel hűtik a levegőt. Az egyik vagy mindkettő kiválasztásakor a hőmérséklet csökkentése mellett a földalatti gépészeti berendezésekből, a dízelberendezésekből és magukból a hűtőberendezésekből származó hőelvezetés csökkentésére is figyelmet kell fordítani.
Talajnyomás-szabályozás és bányászati módszerek. A mélybányák általában teljes talajnyomás-mérési és -felügyeleti rendszert alkalmaznak, amely közvetlenül befolyásolja a bányászati termelés zökkenőmentes lebonyolítását és a termelési költségek szintjét. A kőzetrepedések kiemelkedő problémát jelentenek a mélybányászatban. A kőzetrepedések előrejelzésére számos bánya telepít mikroszeizmikus megfigyelőberendezéseket a föld alá, mint például az amerikai Sunshine Silver Mine, amely 2254 méteres szinten telepített mikroszeizmikus monitoringot 24 órás megfigyelés céljából.
Öngyulladás és robbanás. A mélybányászat során a szulfidércek spontán égésével is szembesülhetünk a magas érchőmérséklet és az önrobbanás miatt a robbanóanyag-töltés során, ami kellő figyelmet igényel.
Jelenleg Kínában a nem szénbányák bányászati mélysége általában nem haladja meg a 700–800 métert, de az utóbbi években néhány, körülbelül 1000 méter mélyen eltemetett érctelepet is fejlesztenek, beleértve a Tongling Színesfémek Vállalatához tartozó Dongguashan Rézbányát és a Jinchuan 2. számú Bányaterületet.
(IV) Bánya környezetvédelmi munkálatai
Külföldi országokban, különösen a fejlett országokban, átfogó intézkedéseket fogadnak el a bányák környezetgazdálkodására. Szigorú műszaki szabványok vonatkoznak a bányákból kibocsátott szennyvízre, kipufogógázokra, salakra, porra, zajra stb. Sok alacsony minőségű bánya nem építhető vagy helyezhető üzembe a túlzott környezeti kezelési költségek miatt.
Jelenleg külföldön a hulladékmentes és tiszta bányák létrehozására helyezik a hangsúlyt. A németországi Walsum Szénbánya a Ruhr-vidéki ipari területen egy sikeres példa erre. A bánya a szénmosóból származó iszapot, a széntüzelésű erőmű hamuját és a föld alatti, cementtel kevert meddőhányót használ, aktiválja és keveri, majd egy PM-szivattyúval a föld alá pumpálja az üregek kitöltésére. A bánya nem bocsát ki szilárd hulladékot a felszínre.
(V) Töltőbányászati technológia
Különböző tömőanyagokat használnak a körülményektől függően:
Regionális támogatás. Kiváló minőségű merev töltőanyagokra van szükség a rugalmas térfogat-lerakódások és a kőzetrepedés veszélyének csökkentéséhez.
Kőzetréteg-szabályozás. A tömőanyag minőségi követelményei nem szigorúak, de nagyméretű tömésre van szükség, és a tömőanyag a beépítés után nem zsugorodhat.
Többeres bányászat. A töltőanyagoknak alacsony feszültség mellett merevségre van szükségük a kőzet deformációjának és elmozdulásának minimalizálása érdekében.
Környezetvédelem. Annak érdekében, hogy a függesztett fal tömített legyen és megakadályozza a légáramlást a kibányászott területen keresztül, a tömítőanyagnak nem szabad zsugorodnia, és nagy felületű tömítésre van szükség.
A meddőhányó szállításának csökkentése. A meddőhányó előkészítése és zúzása a föld alatt töltőanyagokhoz, ezáltal javítva a hatékonyságot.
Jelenlegi szempontok a töltelékkel kapcsolatban:
Az erőfeszítések összpontosítása a gyakorlatias és megbízható rendszerek kialakítására. Hatékony töltési technológiák kutatása és fejlesztése a töltési műveletek bányászati ciklusokkal való integrálása érdekében. A töltőrendszerek kezelésének hangsúlyozása.
Kutatási technológiák a meglévő rendszerek optimalizálására, beleértve a kiváló minőségű töltőanyagok szemcseméret-eloszlását, a hidrociklonokban és zúzásban alkalmazott töltőanyag-előkészítési folyamatok fejlesztését, valamint az optimalizált szállítási technológiákat, például a nyomásveszteség, a kopás, a korrózió és a töltőrendszer általános kialakítása terén.
A töltőanyag előkészítésének, szállításának, elhelyezésének és a terhelésdeformációs folyamatok mennyiségi megértésének megerősítése a biztonságos, stabil és hatékony bányászat alapjainak lerakása érdekében. A nemzetközileg alkalmazott töltési eljárások közé tartozik a hidraulikus homoktöltés, a száraztöltés, a nagy víztartalmú szilárdanyag-töltés és a cementált töltés. A cementált töltés tovább oszlik: szegmentált zagytömlős hidraulikus töltés (nagy koncentrációjú gravitációs szállítás), egyéb töltőanyagos hidraulikus töltés (nagy koncentrációjú gravitációs szállítás), teljes zagytömlős gravitációs töltés és teljes zagytömlős paszta szivattyúzásos töltés. A nemzetközileg ajánlott módszer a teljes zagytömlős paszta szivattyúzásos töltés.
Jelenleg Kanadában 12 bánya használ nagy koncentrációjú pasztatöltő anyagot, Dél-Afrikában és Ausztráliában pedig új pasztatöltő rendszerek működnek. Az új töltési eljárások jobban megfelelnek majd az erőforrás-védelem, a környezetvédelem, a hatékonyságnövelés és a bányafejlesztés követelményeinek. A töltőanyaggal történő bányászat szélesebb kilátásokkal rendelkezik majd a 21. századi bányászati iparban.
(VI) Óceáni polimetallikus csomóbányászat
A polimetallikus csomók a tengerfenéken körülbelül 3000–5000 méter mélységben fordulnak elő. Kitermelésükhöz elengedhetetlenek a megvalósítható bányászati módszerek. Ezért a világ országai prioritásként kezelik a megbízható bányászati módszerek kidolgozását, és kiterjedt kísérleti kutatásokat végeztek, egyesek közepes méretű mélytengeri bányászati kísérleteket is végeztek. Az 1960-as évek végétől napjainkig a nemzetközileg kifejlesztett és tesztelt óceáni bányászati módszerek főként három kategóriába sorolhatók: folyamatos soros vödrös (CLB) bányászat, tengerfenéki távirányítású járművekkel történő bányászat és fluidemeléses bányászat.
Folyamatos soros vödrös (CLB) bányászati módszer. Ezt a módszert a japánok javasolták 1967-ben. Viszonylag egyszerű, főként egy bányászhajóból, vontatókötélből, vödrökből és egy vontatóhajóból áll. A vödröket bizonyos időközönként a vontatókötélhez rögzítik, és leeresztik a tengerfenékre. A vontatóhajó által hajtott vontatókötél lefelé, kanalazva és felfelé mozgatja a vödröket. Ez a fokozatmentes kötélciklusos működés folyamatos gyűjtőhurkot képez. A CLB fő jellemzője, hogy képes alkalmazkodni a mélységváltozásokhoz és fenntartani a normál működést. A CLB termelése azonban csak legfeljebb 100 t/nap, ami messze elmarad az ipari bányászati követelményektől. Ezért a CLB bányászati módszert az 1970-es évek végén felhagyták.
Tengerfenék Távirányítású Jármű Bányászati Módszer. Ezt a módszert főként franciák javasolták. A tengerfenék Távirányítású Jármű egy pilóta nélküli merülő bányászati jármű, amely elsősorban négy rendszerből áll: ércgyűjtés, önhajtás, felhajtóerő-szabályozás és ballaszt. A felszíni anyahajó felügyelete alatt a bányászati jármű a parancsoknak megfelelően merül a tengerfenékre, hogy csomókat gyűjtsön. Miután megtelt, a felszínre emelkedik és a csomókat az anyahajó fogadótartályába rakja. A felszíni anyahajó jellemzően több bányászati járművet képes egyszerre irányítani. Ez a bányászati rendszer jelentős beruházást igényel, és alacsony termékérték és évtizedekig nem tapasztalt gazdasági előnyök miatt a Francia Óceáni Göb Kutatási és Fejlesztési Társaság 1983-ban beszüntette a kutatást. A bányászati jármű gyűjtési és szállítási elvei azonban ígéretesnek tekinthetők.
Folyadékemeléses bányászati módszer. Jelenleg a nemzetközileg elismert és legnagyobb ipari alkalmazási potenciállal rendelkező módszer a folyadékemeléses bányászat. Amikor a bányászati hajó megérkezik a bányászati területre, a gyűjtőt és az emelőcsövet összekapcsolják, és fokozatosan leeresztik a tengerbe. A gyűjtő összegyűjti a tengerfenék üledékéből a csomókat, és elvégzi a kezdeti feldolgozást. Hidraulikus vagy pneumatikus emelés segítségével a csőben lévő víz megfelelő sebességgel felfelé mozog ahhoz, hogy a csomókat a felszíni bányászati hajóra szállítsa.
A 21. században az emberi óceánfejlesztés és -hasznosítás megjelenésével az óceánbányászati technológia különösen fontossá vált. A modern csúcstechnológia fejlődése utat nyitott az óceáni erőforrások kiaknázása előtt, és kialakulása, valamint fejlődése pozitív és messzemenő hatással lesz a világ óceángazdaságára, kultúrájára és az emberi óceántudatosságra.
