چکیده

مدلسازی و برنامه ریزی استخراج بلوک­های طراحی شده در معادن سنگ ساختمانی ،  با توجه به خواص فیزیکی سنگ شامل رنگ، مقاومت، جلا، قابلیت کوپ دهی و سایر فاکتورهای مشابه انجام می گیرد و برخلاف معادن روباز فلزی، عیار و بازیابی عیاری تعریف نمی شود. از سوی دیگر، با توجه به آسیب­های جدی معادن سنگ به محیط زیست و نقش آن­ها در تولید آلودگی­های مختلف، مدلسازی و طراحی صحیح بلوک­های استخراجی می تواند در افزایش بهره وری و کاهش افت ناشی از عدم شناخت ماده معدنی اهمیت فراوانی داشته باشد. با توجه به اهمیت میزان سنگ قابل استخراج و قابل درجه بندی در محدوده معدن تراورتن حاجی آباد محلات، محدوده نهایی بهره برداری هر کارگاه استخراج مطابق گزارش­ها و مطالعات زمین شناسی مهندسی و اکتشافی تهیه شده ،  مورد بررسی قرار گرفت. بر اساس مطالعات انجام شده، معیار برآورد میزان ذخیره مدل بلوکی تعیین شده است. تخمین ذخیره بر اساس پارامتر کیفیت سنگ و معادل بازیابی سنگ استخراج شده انتخاب گردید. بر این اساس، 3 دسته بندی  (category )  شامل ( بازیابی­70 درصد)، (بازیابی­50 درصد) و (بازیابی­30 درصد) مطابق نتایج بدست آمده از مطالعات سنگ شناسی و زمین شناسی مهندسی تعریف شد. با توجه به اینکه عمده ذخیره باقیمانده در معدن حاجی آباد دارای کیفیت متوسط تا ضعیف می باشد، عملیات درجه بندی و فروش سنگ بر روی سنگ­های متوسط تا ضعیف انجام می گیرد و حجم باقیمانده سنگ­های با بازیابی 70 درصد کاهش یافته است و احتمال استخراج در بیشتر کارگاه­های استخراج کم می باشد. بر این اساس، میزان ذخیره سنگ قابل درجه بندی و قابل فروش در هر کارگاه محاسبه شده است و بر این اساس بیشترین میزان ذخیره قابل استخراج در کارگاه­های بترتیب 60 ، 14 و 1 وجود دارد. همچنین با اضافه شدن کارگاه شماره 15 و برنامه ریزی صورت گرفته جهت بهره برداری از این کارگاه، مدت زمان پیش بینی شده برای این کارگاه حدود 6 سال برآورد شده است. در نهایت، پیشنهاد می شود عملیات بهره برداری در معدن تراورتن حاجی آباد در کارگاه­های 60 ، 14 ، 1 و 15 بدلیل دارا بودن سنگ مطلوبتر با سرعت بیشتری انجام شود.

1-مقدمه

    معدن سنگ تراورتن حاجی آباد به وسعت 283 هکتار در 5 کیلومتری جنوب غرب شهر محلات، استان مرکزی واقع شده است. این معدن با نیم قرن عمر بهره برداری بعنوان یکی از بزرگترین و قدیمی­ترین معادن سنگ تزئینی و نمای ایران در عرصه سنگ تراورتن محسوب می شود.

    تراورتن یک کربنات قاره­ای (Continental Limestone) است که به طور شیمیایی در چشمه­ها، مسیر آبراهه­ها، رودخانه­ها و دریاچه­ها نهشته می­شود و از کانی­های کلسیت و آراگونیت تشکیل شده است. این سنگ­ها دارای تخلخل بین بلوری (Intercrystalline Prosity) کم تا متوسط و اغلب دارای تخلخل قالبی (Mouldic) یا شبکه­ای (Framework) زیاد، درون یک محیط وادوز (Vadose) یا فراتیک (Fratic) کم عمق هستند. فرآیند نهشت بطور کلی نتیجه انتقال دی اکسید کربن از، یا به یک آب زیرزمینی فوق اشباع کربنات کلسیم با رشد بلوری بر روی یک سطح  زیرآب رخ می­دهد.

براساس نقشه زمین­شناسی تهیه شده سه نوع واحد سنگی تراورتن قابل استخراج طی دو نسل نهشت تراورتن در محدوده معدن تفکیک شده است. نسل اول واحدهای سنگ تراورتن شامل واحدهای QtrB و QtrC می­باشند که عمدتاً در بخش جنوبی محدوده معدن برونزد یافته­اند. با توجه به شکستگی نسبتاً کم و عدم گستردگی لایه­های رسی در آن­ها، این واحدها به ترتیب دارای قابلیت کوپ دهی حدود 50 و 70 درصد در مرحله استخراج هستند. نسل دوم واحدهای تراورتن که با یک ناپیوستگی بر روی نسل اول تراورتن نهشته شده شامل واحد سنگی QtrD می­باشد که بطور عمده در بخش شمالی محدوده معدنی برونزد یافته­اند و بدلیل وجود شکستگی­های زیاد و وجود لایه­های رسی ضخیم و گسترده، دارای کیفیت پایین­تری نسبت به واحدهای نسل اول تراورتن می­باشند. این واحد سنگی دارای قابلیت کوپ دهی در حدود 30 درصد می­باشد.

بررسی­های تکتونیکی و ژئوتکنیکی انجام گرفته در محدوده معدن نشانگر وجود دو سیستم شکستگی متقاطع و عمود بر هم است. شکستگی­های NE-SW با روند میانگین N25E و شیب میانگین 90 درجه از فراوانی بیشتری برخوردار است. میانگین فاصله­داری این شکستگی­ها صفر تا سه متر و طول آنها 8/4 متر است. شکستگی­های WNW-ESE از فراوانی کمتری برخوردار بوده و فاصله­داری آنها صفر تا سه متر است. میانگین طول این شکستگی­ها 6/3 متر بوده و با شکستگی ­های قبلی زاویه 87 درجه می­سازند. بر اساس این مطالعات ژئوتکنیکی، در حال حاضر توسعه پیشروی سینه­کار در راستای N25E و جهت طراحی پله­ها در راستای N115 می­تواند بهترین گزینه پیشنهادی در طراحی استخراج باشد.

پس از نقشه­برداری این واحدهای سنگی در محدوده معدن و با هدف سهولت در بهره­برداری، مدلسازی سه بعدی در محیط نرم­افزار Datamine صورت گرفت. این مدل از تلفیق رویه توپوگرافی و رخنمون­های برداشت شده از مرز تراورتن و باطله، تهیه گردید. بر این اساس ارزیابی و بلوک­بندی ذخیره واحدهای سنگی تراورتن در هر یک از کارگاه­های استخراج و در کل محدوده معدنی انجام پذیرفت. اهم ویژگی­های مدل سه بعدی ساخته شده به قرار زیر می باشد:

  1. ارزش گذاری بلوک­های استخراجی بر اساس پارامترهای کمی و کیفی تعریف شده؛ (این پارامترها بر اساس استاندارد های موجود در طبقه­بندی کیفی سنگ ساختمانی قابل دسترسی می­باشد).
  2. بررسی قابلیت اقتصادی هر بلوک از ماده معدنی با نوسانات قیمت بازار و یا درخواست مشتری بر اساس کیفیت‌های مختلف سنگ؛
  3. کنترل دقیق‌تر روند کار استخراج بین کارفرما، ناظر و پیمانکار با توجه مدل پیشنهادی اولیه؛
  4. قابلیت به روز رسانی اطلاعات با پیشرفت عملیات معدنکاری در جبهه کارها؛
  5. امکان بررسی و ترسیم مقاطع عرضی در هر جهت دلخواه به منظور طراحی بهترین جبهه کار استخراجی.

2-تاریخچه معدن تراورتن حاجی آباد

اولین مجوز بهره برداری از معدن تراورتن حاجی آباد به شماره 34208 مورخ 30/10/1337 طی مدت 30 سال به خانم اقلیما کشاورز واگذار شد. در تاریخ 16/11/1356 شورای عالی معادن و پس از پایان دوره سی ساله این معدن با مجوز استخراج سالیانه 40 هزار تن به آقای حاج حسن هاشمی واگذار که پس از انقلاب اسلامی این معدن با استناد به نامه مورخ 23/11/1358 دادسرای شهر محلات و مصوبه قانونی 6696 مورخ 25/4/1359 دادستانی کل کشور اجازه بهره برداری مذکور لغو و معدن در اختیار جهاد سازندگی قرار گرفت.

از سال 1358 لغایت سال 1364 معدن تراورتن حاجی آباد در اختیار جهاد سازندگی بوده و پس از صورتجلسه مورخ 1/3/1364 بین وزارت معادن و فلزات و جهاد سازندگی در تاریخ 26/7/1365 پروانه بهره برداری به شماره 28446 به مدت 6 سال و با استخراج سالیانه 108 هزار تن به شرکت خدمات و توسعه معادن ایران (ایران کانه‌آرا) واگذار گردید. در مهرماه سال 1371 با پایان پروانه بهره برداری معدن حاجی آباد، مجوز بهره برداری طی پروانه بهره برداری شماره 3627 مورخ 13/7/1371 به مدت 6 سال با استخراج سالیانه 108,000 تن به مجتمع اقتصادی کمیته امداد امام خمینی (ره) واگذار شد. این پروانه طی یک دوره 6 ساله دیگر نیز بنام مجتمع اقتصادی کمیته امداد امام خمینی (ره) تمدید گردید.

در تاریخ 28/11/1383 پروانه بهره برداری معدن حاجی آباد به مدت 15 سال و با استخراج سالیانه 160 هزار تن به شرکت فرآورامداد از زیرمجموعه­های مجتمع اقتصادی کمیته امداد امام خمینی (ره) واگذار گردیده است. استخراج سالیانه ابتدا در سال 1383 به 240 هزار تن، در سال 1389 به 400 هزار تن و در سال 1391 به 600 هزار تن افزایش پیدا کرده است.

3-موقعیت جغرافیایی معدن

معدن تراورتن حاجی آباد در 5 کیلومتری جنوب غرب شهر محلات در استان مرکزی قرار گرفته است. راه دسترسی این محدوده معدنی از طریق جاده اصلی محلات به خمین است که پس از طی 5 کیلومتر از محلات در جنوب جاده اصلی، جاده­ای به طول 2 کیلومتر به سمت دفتر معدن منتهی می­شود. تصویر شماره 1 موقعیت محدوده را در اطلس راه­های ایران نشان می­دهد. جدول شماره 1 مختصات چهارگوش محدوده پروانه بهره­برداری معدن را نشان می­دهد.

4-مطالعات زمین شناسی

محدوده معدنی تراورتن حاجی آباد در زون ساختاری ایران مرکزی واقع شده است. از نظر موقعیت زمین­شناسی این محدوده معدنی در چهارگوش زمین­شناسی 1:250,000 گلپایگان و برگه زمین­شناسی 1:100,000 محلات قرار گرفته است.

شناسایی واحدهای سنگی در یک محدوده معدنی از ضروریات بررسی یک طرح معدنی است. لذا تهیه نقشه زمین­شناسی بزرگ­ مقیاس می­تواند ما را به نتایج بسیار دقیق­تری جهت برنامه­ریزی استخراجی در یک محدوده معدنی رهنمون سازد. معدن تراورتن حاجی­آباد که عمدتاً از نهشته­های کربناته غیردریایی (چشمه­های آبگرم) تشکیل شده است ، نمی تواند در این زمینه مستثنی باشد. لذا بررسی­های زمین­شناسی و سنگ­چینه­ای بر روی این رسوبات انجام گردید.

مورفولوژی و زمین­ریخت شناسی در ناحیه معدنی حاجی آباد به شکل تپه ماهور است. این تپه­ها که عمدتاً ارتفاع کم و سطح مسطحی دارند از ماسه­سنگ، مارن و شیل­های ائوسن تشکیل شده ­اندکه بر روی این ارتفاعات در ناحیه ، با ناپیوستگی دگرشیب واحدهای تراورتن کواترنر قدیم نهشته شده­اند. در برخی نواحی همچون حوالی رودخانه لعل بار ،  تراورتن هم اکنون نیز در حال تشکیل هستند. رخنمون واحدهای سنگی پالئوزوئیک در بخش شمالی و سنگ آهک­های ستیغ­ساز کرتاسه در بخش­های شمالی و جنوبی برگه محلات مرتفع­ترین ارتفاعات ناحیه را پدید آورده­اند.

براساس مطالعات و بررسی ­های زمین­شناسی انجام شده در محدوده معدنی سنگ تراورتن حاجی آباد، 6 نوع واحد سنگ چینه­ای تفکیک شده که شامل یک واحد ماسه­سنگ، شیل و مارن  ائوسن، دو واحد کنگلومرایی تحتانی و فوقانی کواترنر و سه واحد تراورتن دارای قابلیت معدنکاری که طی دو نسل نهشت تراورتن دربین دو واحد کنگلومرایی در محدوده معدنی نهشته شده­اند.

قدیمی­ترین واحد سنگ چینه­ای در محدوده معدنی واحد ماسه­سنگ، شیل و مارن ائوسن است که با شیب لایه­بندی 20 درجه به سمت شمال مشاهده می­شود(تصویر2). کنگلومرای تحتانی کواترنر به صورت دگرشیب بر روی واحد سنگی ائوسن نهشته شده­اند. نسل اول تراورتن بر روی کنگلومرای تحتانی و به صورت عمده در جنوب محدوده معدنی نهشته شده­اند(تصویر3). این نسل تراورتن به علت تفاوت کیفیت سنگ و قابلیت کوپ دهی معدنکاری به دو واحد اصلی QtrB و QtrC تفکیک شده­اند. با استفاده از داده های معدنکاری سینه­کارها و تجارب بدست آمده از سینه­کارها به نظر می­رسد که واحد تراورتن QtrB دارای قابلیت کوپ دهی 50 درصد و واحد تراورتن QtrC که از کیفیت بالاتری برخوردار است دارای قابلیت کوپ دهی 70 درصد می­باشد.

نسل دوم تراورتن که با یک وقفه رسوب­گذاری در واحدهای سنگی مشخص است، بر روی تراورتن­های نسل اول و به صورت عمده در شمال محدوده معدنی نهشته شده­اند. این نسل از تراورتن به علت حفره های زیاد در تراورتن، درزه و شکستگی زیاد در سنگ، لایه­های ضخیم گلی در آن و بوقوع پیوستن فرآیندهای تکتونیکی در انتهای رسوبگذاری که باعث آشفتگی محیط رسوبگذاری تراورتن گردیده است دارای کیفیت پایین­تری نسبت به تراورتن­های نسل اول هستند. با استفاده از داده­های معدنکاری سینه­کارهای استخراجی و تجارب معدنکاران به نظر می­رسد این واحد سنگی دارای قابلیت کوپ دهی در حدود 30 درصد در محدوده معدنی باشند.

5-مطالعات ژئوتکنیکی  و درزه نگاری

درزه نگاری و بررسی­های ژئومکانیکی از مهمترین روشهای شناسایی و تحلیل مسائل تکتونیکی به خصوص در معادن سنگ ساختمانی به شمار می آید. مطالعه درزه­ها و مشخصات آن ها می­تواند راهگشای شناخت نوع، روش و جهت استخراج معادن سنگ ساختمانی باشد.

درزه نگاری یکی از روشهای شناخت درعلم تکتونیک است. درمعادن سنگ ساختمانی، دو عامل شکستگی و رنگ مهمترین پارامترهای کیفی محصول را مشخص می­کند. بنابراین مواردی چون عیار یا درصد مواد مضر که برای معادن فلزی و غیرفلزی به عنوان شاخص کیفیت شناخته میشوند دراین نوع معادن کاربردی ندارند. در یک معدن سنگ ساختمانی میزان قواره دهی سنگ وابستگی معکوس به تعداد و نوع شکستگی ها دارد.

همانطور که اشاره شد درسنگ­های ساختمانی  فاکتورهای  رنگ، عوارض تکتونیکی و ­زمین ساخت (Structural Features) ، پارامترهای اصلی جهت اکتشاف می­باشند. مهمترین تأثیر بررسی­های تکتونیکی در معادن سنگ ساختمانی تعیین جهت مناسب باز کردن کارگاه، روند مناسب استخراج و امتداد مطلوب برش وکوپ کردن می­باشد. این کار با اندازه­گیری و محاسبات درزه ها و تفسیر اطلاعات مذکور که در اصطلاح به آن درزه نگاری می­گویند، امکانپذیراست. برای انجام مطالعات درزه­نگاری، ویژگی­های ژئوتکنیکی درزه­ها مانند شیب، جهت شیب، فاصله داری، باز شدگی، طول درزه، ویژگی هندسی سطح درزه، نوع ماده پرکننده و مقاومت آن برای واحدهای مختلف زمین شناسی برداشت گردید.

تصویر شماره 4 توزیع ایستگاه­های برداشت درزه­ها را نشان می­دهد. همانگونه که مشاهده می شود، توزیع ایستگاه­ها به گونه­ای است که کل محدوده معدن و واحدهای مختلف زمین شناسی را در بر می­گیرد. تصویر شماره 5 نمودار گلسرخی و تصویر شماره 6 نمودار کانتوری قطب درزه­های برداشت شده در محدوده معدن را نشان می­دهند. همانگونه که در شکل­ها دیده می­شود، دو سیستم شکستگی با روند NE-SW و WNW-ESE در محدوده معدن حاکم است. سیستم شکستگی با روند NE-SW غالب شکستگی­های منطقه را شامل می­شود. روند میانگین این سیستم شکستگی N25E و شیب میانگین آنها 80 درجه به سمت SE یا NW می­باشد. شکستگی­های دارای روند WNW-ESE که از فراوانی کمتری برخوردارند، دارای روند میانگین N70W و شیب میانگین 85 درجه به سمت SW می­باشند.

 

ارسال دیدگاه

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *