Υπόγεια εκμετάλλευση πολυμεταλλικών κοιτασμάτων

(μικτών θειούχων - αργύρου - χρυσού - χαλκού)

Η εκμετάλλευση των πολυμεταλλικών κοιτασμάτων και ιδιαιτέρως των κοιτασμάτων αργύρου και χρυσού μπορούν να δώσουν μια νέα διάσταση στις παραγωγικές δυνατότητες της χώρας. Μπορούν να διακριθούν δύο σημαντικά μεταλλευτικά κέντρα, αυτό της Χαλκιδικής (περιοχή Κασσάνδρας) και αυτό στην περιοχή της Θράκης (περιοχή Περάματος και Σαππών).

Στην περιοχή της Χαλκιδικής λειτουργεί το μεταλλείο των Μαύρων Πετρών, ενώ βρίσκονται υπό μελέτη/ανάπτυξη τα μεταλλεία της Ολυμπιάδας και των Σκουριών. Στο μεταλλείο των Μαύρων Πετρών η εκμετάλλευση γίνεται υπόγεια, ενώ επίσης υπόγεια προτείνεται να γίνει και η εκμετάλλευση του κοιτάσματος Ολυμπιάδας. Για την περίπτωση του κοιτάσματος Σκουριών, το μεταλλοφόρο κοίτασμα που βρίσκεται κοντά στην επιφάνεια προτείνεται να εκμεταλλευθεί επιφανειακά ενώ σε βαθύτερους ορίζοντες θα πραγματοποιηθεί υπόγεια μέθοδος εκμετάλλευσης.

Στην περιοχή της Θράκης, το έργο του Περάματος (Ν. Έβρου) το μεταλλείο βρίσκεται στο τελικό καθεστώς αδειοδότησης. Η εκμετάλλευσή του θα γίνει με επιφανειακή εκσκαφή. Στην περιοχή των Σαππών (Ν. Ροδόπης) έχουν εντοπιστεί δύο κοιτάσματα (Οχιάς και Αγίου Δημητρίου). Το κοίτασμα της Οχιάς προτείνεται να εκμεταλλευτεί με υπόγεια μέθοδο εκμετάλλευσης ενώ το κοίτασμα του Αγ. Δημητρίου θα εκμεταλλευτεί με την δημιουργία υπαίθριας εκμετάλλευσης.

Για όλες σχεδόν τις περιπτώσεις που η εκμετάλλευση των κοιτασμάτων θα γίνει υπόγεια η επιλεχθείσα μέθοδος εκμετάλλευσης θα είναι αυτή των εναλλασσόμενων κοπών και λιθογομώσεων (Μαύρες Πέτρες, Ολυμπιάδα, Οχιά). Ακόμη όμως και στην περίπτωση του κοιτάσματος Σκουριών έχει επιλεχθεί μια παραλλαγή της μεθόδου των διαδοχικών ορόφων με κενά μέτωπα, η οποία προβλέπει την μετέπειτα πλήρωση των κενών που δημιουργούνται με υλικό λιθογόμωσης.

Σχήμα 1. Ανερχόμενη (overhand) και κατερχόμενη (underhand) λιθογόμωση.

Μέθοδος εναλλασσόμενων κοπών και λιθογομώσεων

Το βασικό χαρακτηριστικό της μεθόδου με λιθογόμωση είναι η αντικατάσταση του μεταλλοφόρου πετρώματος, που αποσπάται κατά την εκμετάλλευση, με νέο φερτό υλικό χαμηλής αξίας (π.χ. στείρα από εργοστάσιο εμπλουτισμού) που γεμίζει τα κενά που δημιουργούνται.

Η μέθοδος επιδέχεται μεγάλης εκμηχάνισης αλλά και της χρησιμοποίησης διαφόρων τύπων υλικών λιθογόμωσης, από στείρα υλικά έως «πάστες» λιθογόμωσης (υλικά με προσθήκη τσιμέντου). Αντίστοιχα, μπορεί να λάβει χώρα προς τα πάνω ή προς τα κάτω (ανερχόμενη ή κατερχόμενη λιθογόμωση) (Σχήμα 1) ώστε να μπορεί να αντιμετωπίσει ποικίλα χαρακτηριστικά πετρωμάτων και μεταλλεύματος όσον αφορά στις μηχανικές ιδιότητές τους.

Στην πιο απλή μορφή της εκμετάλλευσης, την ανερχόμενη λιθογόμωση, το μετάλλευμα εξορύσσεται σε οριζόντιες λωρίδες, ύψους 2-6 m (ορυσσόμενο σε μια ή περισσότερες φάσεις), αρχίζοντας από το χαμηλότερο σημείο του πατώματος και προχωρώντας προς τα πάνω. Έτσι, η τυπική εφαρμογή της μεθόδου περιλαμβάνει την αφαίρεση μιας στρώσης από την οροφή του μετώπου και καθώς το μετάλλευμα πέφτει στο δάπεδο, γίνεται η αποκομιδή του και εν συνεχεία η υποστήριξη της οροφής. Μετά το πέρας της εκμετάλλευσης της λωρίδας, η περιοχή γεμίζεται με υλικό λιθογόμωσης (συνήθως στείρο υλικό). Το υλικό αυτό αποτελεί ουσιαστικά το νέο δάπεδο εργασίας για να αρχίσει ένας νέος κύκλος εκμετάλλευσης στην νέα ανώτερη υψομετρικά λωρίδα.

Στην περίπτωση της κατερχόμενης λιθογόμωσης, πραγματοποιείται η αντίστοιχη διαδικασία μόνο που πλέον η φορά εκμετάλλευσης είναι προς τα κάτω. Αυτό σημαίνει ότι μετά την λιθογόμωση της λωρίδας εκμετάλλευσης, η νέα εκμετάλλευση αρχίζει κάτω από την λιθογομωμένη περιοχή. Συνεπώς υπάρχουν ιδιαίτερες απαιτήσεις στο υλικό της λιθογόμωσης, καθώς πλέον πρέπει να φέρει τις τάσεις που δημιουργούνται στην οροφή, από την διάνοιξη της στοάς εκμετάλλευσης. Στις περιπτώσεις αυτές συνήθως προστίθεται ένα ποσοστό τσιμέντου (4%-15%) στο υλικό ώστε να μπορεί να αποκτήσει την απαιτούμενη αντοχή.

Η χρήση αυτοκινούμενου εξοπλισμού επιβάλλει την ανάπτυξη ελικοειδών κεκλιμένων (ραμπών) από όπου και γίνεται η τελική προσβολή του κοιτάσματος. Έτσι με σημείο εκκίνησης την ράμπα γίνεται η ανάπτυξη διαδοχικών κεκλιμένων (συνήθως 4-5, κλίσης 15%) έως ότου συναντηθεί το κοίτασμα (Σχήμα 2). Η αρχή γίνεται από το κατώτερο και μετά το πέρας της εκμετάλλευσης της κατώτερης πλάκας γίνεται η λιθογόμωσή της και ακολουθεί η όρυξη του επόμενου υψομετρικά κεκλιμένου από το οποίο γίνεται εκ νέου η προσβολή του κοιτάσματος και η λιθογόμωση.

Σχήμα 2. Άποψη της εκμετάλλευσης και του σχεδιασμού της ράμπας προσβολής για τη μέθοδο εναλλασσόμενων κοπών και λιθογομώσεων (ανερχόμενη)

Βασικά πλεονεκτήματα των μεθόδων με λιθογόμωση είναι η εξασφάλιση της μέγιστης δυνατής ασφάλειας έναντι προβλημάτων επιφανειακών καθιζήσεων. Επίσης, η μείωση της ρηγμάτωσης των περιβαλλόντων πετρωμάτων αλλά και το γέμισμα των μετώπων με αδρανές συμπυκνωμένο υλικό ή ακόμα και με στερεοποιημένο υλικό με χρήση τσιμέντου μειώνει δραστικά την κίνηση των υπογείων υδάτων και την αποστράγγισή του μέσα από την περιοχή της μεταλλοφορίας, ελαχιστοποιώντας την οξείδωσή του αλλά και την εμφάνιση προβλημάτων όξινης απορροής.

Σημαντικό επίσης πλεονέκτημα είναι η επίτευξη πολύ υψηλών συντελεστών απόληψης του κοιτάσματος της τάξης του 90-95%, αλλά και η μείωση του ποσοστού αραίωσης (ποσοστό στείρου υλικού που λαμβάνεται κατά την εκμετάλλευση). Ταυτόχρονα, δε μπορεί να γίνεται και η υπόγεια διάθεση των απορριμμάτων του εμπλουτισμού αντί να αποτίθενται σε επιφανειακές εκτάσεις.

Το βασικό μειονέκτημα της μεθόδου είναι το υψηλό κόστος που παρουσιάζει το οποίο οφείλεται τόσο στην ανάγκη μεταφοράς του υλικού από την επιφάνεια στα υπόγεια μέτωπα όσο και στην εισαγωγή ακόμα μιας φάσης εργασίας (φάση λιθογόμωσης) που απαιτεί τη χρήση επιπλέον πόρων για το σκοπό αυτό αλλά και μειώνει την παραγωγικότητα της μεθόδου.

Σχήμα 3. Γενική άποψη της υπόγειας εκμετάλλευσης στο μεταλλείο των Μαύρων - Πετρών.

Υπόγεια εκμετάλλευση στο μεταλλείο Μαύρων Πετρών.

Το μεταλλείο των Μαύρων πετρών έχει μια ιστορία πάνω από 100 ετών.

Συνολικά, τα μεταλλευτικά αποθέματα του μεταλλείου ανέρχονται σε 1,64 εκατ. τόνους μετάλλευμα με περιεκτικότητα 8,3% ψευδάργυρο (Zn), 6,0% μόλυβδο (Pb), και 170 γραμμάρια ανά τόνο άργυρο (Ag) (Πίνακας 1).

Η εκμετάλλευση γίνεται υπόγεια και πλέον βρίσκεται σε πλήρη ανάπτυξη (Σχήμα 3).

 

 

Πίνακας 1. Υπολογισμός μεταλλευτικών αποθεμάτων μεταλλείου Μαύρων Πετρών

Κατηγορία αποθέματος	Mt	Ag (g/t)	Ag (Moz)	Pb (%)	Pb (kt)	Zn (%)	Zn (kt)
Βέβαια	1,34	170	7,35	5,97	80	8,3	111,22
Πιθανά	0,3	170	1,65	5,97	17,91	8,3	24,9
Σύνολο	1,64	170	8,99	5,97	97,91	8,3	136,12

Για την εκμετάλλευση του μεταλλείου Μαύρων Πετρών εφαρμόζεται η ανερχόμενη μέθοδος εναλλασσομένων κοπών και λιθογομώσεων υπό συνθήκες συνήθους διαστάσεων στοάς. Το κοίτασμα χωρίζεται σε ορόφους ύψους έως 6 m και η εκμετάλλευση αρχίζει από τον κατώτερο και επεκτείνεται διαδοχικώς προς τους ανώτερους υψομετρικά ορόφους.

Το μετάλλευμα που αντιστοιχεί σε κάθε όροφο περιχαράσσεται αρχικά με διευθυντική στοά στη στρώση του κοιτάσματος. Από την διευθυντική στοά εκκινούν εγκάρσιες και σχεδόν παράλληλες στοές, μέχρι να εντοπισθούν τα όρια της μεταλλοφορίας προς την οροφή του κοιτάσματος.

Μετά την απόληψη του μεταλλεύματος, η στοά λιθογομώνεται. Η πλήρης λιθογόμωση του εξοφλημένου ορόφου γίνεται από τη στοά περιχάραξης του υπερκείμενου ορόφου με χρήση κατάλληλου πολφού λιθογόμωσης (υδραυλική λιθογόμωση) με την προσθήκη τσιμέντου. Δημιουργείται ανάχωμα στην αφετηρία της στοάς και εισαγωγή εντός της φραγμένης στοάς πολφού λιθογόμωσης με στόχο την απόλυτη πλήρωσή της. Όσον αφορά στην σύνθεση του μίγματος της λιθογόμωσης, η μέση αναλογία του υλικού λιθογόμωσης είναι τσιμέντο 10%, αδρομερή απόβλητα εμπλουτισμού 70% και νερό 20%.

Σχήμα 4. Κάτοψη διαμήκους εκμετάλλευσης σε μικρού πάχους κοίτασμα.

Σημειώνεται ότι στο τσιμεντοκονίαμα το περιεχόμενο νερό βρίσκεται σε περίσσεια κυρίως για ελάττωση του ιξώδους και διευκόλυνση της υδραυλικής μεταφοράς του. Μετά την εναπόθεσή του, ο πολφός έχει τάση να αποβάλει την περίσσεια του νερού.

Μετά από την πάροδο εύλογου χρονικού διαστήματος από την ολοκλήρωση της λιθογόμωσης, ο οποίος απαιτείται για να στερεοποιηθεί το υλικό λιθογόμωσης, το υλικό αυτό αποτελεί το δάπεδο εργασίας για την εκμετάλλευση του μεταλλεύματος από τον υπερκείμενο όροφο.

Σε κάθε όροφο, η εκμετάλλευση διενεργείται ανάλογα με το πάχος του κοιτάσματος είτε με διαμήκεις, κατά την διεύθυνση του κοιτάσματος, στοές εκμετάλλευσης (Σχήμα 4) για περιπτώσεις όπου το κοίτασμα έχει μικρό πάχος, είτε με εγκάρσιες στοές εκμετάλλευσης (Σχήμα 5), οι οποίες εκκινούν από τις στοές βάσης του κοιτάσματος και αναπτύσσονται μέχρι τα όρια της οροφής, για κοιτάσματα μεγάλου πάχους. Στα τμήματα του κοιτάσματος όπου το πάχος είναι μεγαλύτερο των 30 m, η εκμετάλλευση διενεργείται με όρυξη εγκαρσίων στοών, ενώ στα τμήματα όπου το πάχος είναι μικρότερο των 30 m, η εκμετάλλευση διενεργείται με την όρυξη διαμήκων στοών.

Σχήμα 5. Κάτοψη εγκάρσιας εκμετάλλευσης σε μεγάλου πάχους κοίτασμα.

Οι διαμήκεις στοές ορύσσονται παράλληλα μεταξύ τους και σε αξονικές αποστάσεις μεγαλύτερες των 12 m, εφόσον καθίσταται δυνατό για το εκάστοτε πάχος του κοιτάσματος, αφενός προς εξασφάλιση των συνθηκών ευστάθειας και αφετέρου ώστε να παρέχεται περιθώριο παρέλευσης ικανού χρόνου απαραίτητου για την απόκτηση της απαιτούμενης αντοχής στο υλικό λιθογόμωσης. Εάν το πάχος του κοιτάσματος είναι σημαντικά μικρότερο, τότε οι διαμήκεις στοές εκμετάλλευσης ορύσσονται παράλληλα και εν επαφή.

Στις εν λόγω περιπτώσεις, μετά την ολοκλήρωση της εξόρυξης σε κάθε διαμήκη στοά διενεργείται λιθογόμωση και μετά από την παρέλευση ικανού χρονικού διαστήματος (28 ημερών), ώστε να αποκτήσει την απαιτούμενη αντοχή το υλικό λιθογόμωσης, διενεργείται εξόρυξη στην αμέσως επόμενη στοά εκμετάλλευσης.

Η εκμετάλλευση γίνεται με τη χρήση εκρηκτικών υλών. Η όρυξη των διατρημάτων γίνεται με ειδικό φορείο (jumbo διάτρησης) ενώ χρησιμοποιείται εκρηκτικό γαλάκτωμα και ηλεκτρικά καψύλια για την έναυση. Η υποστήριξη της οροφής γίνεται με τη χρήση αγκυρίων, τύπου Swellex, μήκους από 1,8 έως 4 m, σε κάνναβο 2 x 2 m σε πεσσοειδή διάταξη.

Επιπλέον όπου απαιτείται γίνεται χρήση εκτοξευόμενου σκυροδέματος πάχους 10 cm περίπου και εγκατάσταση δομικού πλέγματος. Ακόμα, σε ιδιαίτερα δυσμενείς συνθήκες μπορεί να γίνει η τοποθέτηση μεταλλικών πλαισίων ή και ξύλινων υποστυλωμάτων.