استخراج روباز و بررسی مشکلات فنی و اقتصادی آن

فهرست مطالب

-چکیده
-مقدمه
۱زمین شناسی
۱-۲-وضعیت زمین شناسی منطقه
۱-۳-مقاطع زمین شناسی معدن
۱-۴- میزان ذخیره معدن
فصل دوم:
 2-استخراج معادن سطحی
۲-۱طراحی روشهای استخراج سطحی
۲-۲برنامه ریزی در معادن سطحی (روباز)
۲-۳-روش استخراج روباز
۲-۴حفاری در معادن روباز
۲-۵-مشخصات چال
۲-۶- طراحی پارامترهای فیزیکی معدن
۲-۷-قطر چالها
۲-۸-بار سنگ
۲=۹-فاصله بین چالها در طول پله
۲-۱۰-ارتفاع پله
۲-۱۱-اضافه حفاری
۲-۱۲-شیب چال
۲-۱۳-طول چال
۲-۱۴-طول گل گذاری
۲-۱۵حجم سنگ مربوط به هر چال
۲-۱۶-انفجار در معادن روباز
۲-۱۷-نحوه انتخاب ماده منفجره برای معادن روباز
۲-۱۸-پدیده های ناشی از انفجار و چگونگی کنترل آنها
۲-۱۹خرج گذاری
۲-۲۰-بهینه سازی خرج گذاری
۲-۲۱-بارگیری و حمل و نقل در معادن سطحی
۲-۲۲-مفهوم بارگیری و حمل
۲-۲۳-سیستم های متداول بارگیری
۲-۲۴-سیستم های متداول باربری
فصل سوم:
۳- آزمون آموخته ها، نتایج، پیشنهادات
۳-۴-درآمدی بر معدن سنگ آهک سیمان خزر
۳-۵-تجهیزات موجود در معدن
۳-۶-حفاری معدن سیمان خزر
۳-۷-آتش کاری معدن سیمان خزر
۳-۸-بارگیری و حمل و نقل معدن خزر
۳-۹-مزایا و معایب موجود در معدن سیمان خزر
۳-۱۰-مزایای مهم معدن
۳-۱۱-معایب عمده معدن
نتایج و پیشنهادات
منابع

چکیده مطالب
معدن سنگ آهک سیمان خزر در استان گیلان و در شمال شرقی شهر لوشان واقع شده است. ابتدای جاده رشت، جاده فرعی به طرف شمال منشعب شده و از مجاورت روستایی به نام ترکنشین عبور می کند. طول این جاده ۵/۲ کیلومتر است. معدن مذکور متعلق به شرکت سیمان خزر می باشد و برای رفتن به معدن ابتدا باید از کارخانه گذشت، پس از ورود به کارخانه برای رهسپار شدن به معدن باید از کنار تجهیزات کارخانه عبور کنیم و می توانیم تمام مراحل پخت سیمان را مشاهده کنیم، به ترتیب از انتها یعنی سیلوی بارگیری تا ابتدا که سنگ شکن اولیه می باشد عبور کرده و سپس به معدن می رسیم، معدن سیمان خزر قبلاً شامل ۵ بلوک ۰ ، I ، II ، III و IV بود که هم اکنون بلوکهای II , I و III جایگزین آن شده است. این سه بلوک جدید بدین ترتیب می باشد که بلوک I هنوز رو برداری کامل نشده و استخراج آن در طرح برنامه توسعه سوم می باشد. بلوک II جدید همان صفر قدیمی و بلوک III جدید همان IV قدیمی می باشد. هم اکنون کار استخراج از بلوکهای II و III صورت می گیرد.
این بلوکها به ترتیب از غرب به شرق (امتداد لایه) نامگذاری شده است.
ذخیره قابل برداشت با توجه به حد نهایی برداشت حدود ۲۶۰ میلیون تن سنگ و جهت دستیابی و استخراج صحیح آن لازمست ۷۳ میلیون تن باطله و خاک جابه جا شود و با توجه به میزان استخراج سالیانه ۰۰۰/۷۰۰ تن، عمر متوسط معدن ۴۵ سال می باشد. روش استخراج در این معدن پلکانی، استخراج از بالا به پایین می باشد، ارتفاع پله ها در این معدن ۱۰ متر می باشد و شیب دیواری پله نسبت به قائم ۱۸ درجه و شیب کلی معدن ۵۴ درجه می باشد. بردن ۵/۲ متر و فاصله در هر ردیف ۳ متر، طول چالها ۵/۱۱ متر و قطر چالها ۷۶ میلی متر می باشد.
دستگاه حفاری معدن دو دستگاه دریل واگن انیگوسلرند و هولمن با سر مته ساچمه ای می باشد. چالهای فرعی توسط پرافوراتور حفر می شوند. کمپرسور تغذیه کننده چالزنها کاترپیلار V.HP750 با تبدیل فشار ۱۲۰ تا ۱۵۰ بار می باشد.
عملیات حفاری همه روزهای هفته انجام می شود. پس از اتمام عملیات حفاری، چالها توسط مهندس ناظر شمرده شده و به پیمانکار گزارش می کند. پس از کنترل چال، خرج گذاری می شود. خرج اصلی آنفو، پرایمر و بوستر دینامیت ۱۲۲ گرمی می باشد. در هر چال ۴ عدد پرایمر را توسط پیچیدن سیم چاشنی به هم وصل نموده و به ته چال می فرستند. چگالی خرج گذاری به صورت ۷۸/۳ کیلوگرم آنفو به ازای یک متر چال است. پس از خرج گذاری سیم های چاشنی را به صورت سری به هم وصل می کنند و پس از اتصال به ماشین آتش کن عملیات انفجار را انجام می دهند. پس از انفجار، بولدوزرها، بوکهای خرد شده را به پای سینه کار بلوک استخراجی هدایت می کند. بولدوزرهای معدن شامل یک دستگاه کوماتسو D 155 و لیپهر ۷۵۱ می باشد. عملیات بارگیری توسط دو دستگاه لودر کاترپیلار و عمل باربری توسط پنج دستگاه کمپرسی ولو ۲۵ تنی می باشد. تراک ها قبل از تخلیه بار در سنگ شکن اولیه باید به روی باسکول بروند.
تعداد پرسنل معدن ۳۴ نفر که از این افراد دو نفر مهندس معدن (مهندس خانلو ریاست معدن و مهندس برزگر مهندس ناظر) و بقیه افراد شامل تکنسین، حفار، آتشبار، راننده های لودر، بولدوزر و حسابدار و خدمتکار می باشند.
عملیات معدنکاری هر هفت روز هفته انجام می شود و معدن دارای دو شیفت کاری هشت ساعته می باشد، عملیات بارگیری غیر از مواقع خرابی سنگ شکن و تعمیرات کوره در مواقع دیگر پس از انفجار در حال انجام می باشد.
حداقل بار تحویلی روزانه تراکها به سنگ شکن کارخانه ۲۵۰۰ تن می باشد. ضمن اینکه تولید سیمان کارخانه روزانه ۲۲۰۰ تن می باشد. هم اکنون قسمت اعظم استخراج از بلوک III جدید انجام می شود.

مقدمه
علت انتخاب موضوع
بطوریکه در سرفصل دروس کارشناسی معدن داریم، و با توجه به دروسی که دانشجو گذرانده، استخراج معادن سطحی یا Surface Mining می باشد. اینجانب پس از مشورت با استاد دانشکده آقای دکتر اورعی و با توجه به اینکه این معدن بزرگترین و معتبرترین معدن روباز استان می باشد، با وجود مشکلات فراوان که در ادامه ذکر خواهد شد، به این معدن روی آورده و پروژه خود را گذراندم.
 
علت انتخاب محل
هدف اول و آخر بنده از تاریخی که دانشجو شدم تا به امروز حداکثر سعی و تلاش در بکارگیری و بهره وری بهینه از امکانات دانشگاه و محیط اطراف بود، برای اینکه به هدف اصلی خودم رسیده و یک کارشناس خبره معدن به خواست خداوند متعال بشوم.
 
با توجه به اینکه واحد پروژه را در نیمسال اول تحصیلی ۸۴-۸۳ باید می گذراندم ضمن اینکه واحدهای درسی دیگر و مشکل حضور مستمر در کلاسهای درسی را هم داشتم، باید این دوره عملی را داخل استان سپری می کردم، بنابراین با توجه به تجهیزات کامل و فعالیت مستمر معدن حتی در صورت تعمیرات کارخانه، این معدن را به عنوان مکان پروژه انتخاب نمودم. با توجه به موقعیت مناسب این معدن در استان گیلان، گرفتن پذیرش در این معدن بسیار دشوار بوده است ولی با توجه به هدف ذکر شده و تلاش بسیار، این مهم میسر گردی
۱-زمین شناسی
۱-۱-وضعیت زمین شناسی منطقه
ذخایر سنگ آهک کارخانه سیمان خزر به صورت ۵ بلوک استخراجی بوده که هم اکنون ۳ بلوک در حال بهره برداری می باشد. بلوک های مذکور به ترتیب از غرب به شرق به صورت بلوکهای ۰, II , I III , و IV نامگذاری شده اند.
لایه های سنگ آهک در این منطقه از نظر استراتوگرافی از دو بخش تحتانی و فوقانی تشکیل شده اند که بخش تحتانی شامل سنگ آهک نازک لایه، ضخیم برنگ خاکستری تا کرم با آثاری از لایه ها و کنکرسیون سیلیسی می باشد که در منطقه مورد مطالعه این تیپ سنگ آهکها در قسمت زیرین بلوک ۰ و کف کارگاه استخراج بلوکهای II , I بیرونزدگی داشته اند، از نظر سیمان سازی این تیپ سنگ به نام آهک با درصد سیلیس بالا در این معدن مطرح است که درصد سیلیس بالای این تیپ سنگ و آهک بیشتر مربوط به لایه های نازک و کنکرسیونهای پراکنده چرت سیلیسی در بین لایه های این سنگ آهک می باشد. البته درصد نسبتاً بالای سیلیس در این آهکها به جهت مارن آن می باشد. نمونه تیپ یک از این سنگهای آهک (بدون دخالت چرت سیلیسی) از کارگاه های I, II گرفته و در آزمایشگاه کارخانه مورد آنالیز شیمیایی قرار گرفته اند که نتایج آن در جدول (۱-۳) آمده است:
جدول ۱-۳- ترکیب شیمیایی سنگ آهک در بلوکهای I و II
ملاحظات     CaCO3    CaO    Fe2O3    Al2O3    SiO2    شماره نمونه
سنگ آهک کرم رنگ نازک از بلوک II    0/98    45/34    39/0    58/0    67/1    1
سنگ آهک کرم رنگ دانه درشت فسیل دار نازک لایه بلوک I    75/96    53/54    30/0    42/0    03/1    2
نظر به یکنواختی این تیپ سنگ آهکها می توان عنوان نمود که این سنگ آهکها در کل منطقه گسترش خود در صورتیکه چرتهای سیلیسی در آنها در هنگام استخراج وارد نشوند، کم و بیش دارای ترکیبی مشابه دو نمونه تیپیک بالا می باشد ولی از آنجاییکه در حین استخراج تفکیک لایه های چرت سیلیسی موجود در بین آهکها امکان ندارد، لذا عملاً درصد سیلیس سنگ آهک استخراجی بالاتر از مقادیر فوق بوده و برحسب تراکم این لایه ها، درصد سیلیس متغیر است که این موضوع تولید اشکالاتی در یکنواختی سنگ حمل شده از این بخش نموده اند. بخش فوقانی سنگ آهک سیمان خزر در این منطقه قسمت اعظم ذخایر سنگ آهک کارخانه سیمان را تشکیل می دهد، بصورت سنگ آهک ماسیو به رنگ زرد تا صورتی می باشد که تشکیل بخش بالایی بلوک های I , 0 و II و کل حجم بلوک های III و IV را داده است که از نظر سیمان سازی این تیپ سنگ آهک به دلیل عدم وجود لایه لایه ها و کنکرسیونهای چرت سیلیسی و خلوص بالای خود بنام آهک تیتر بالا مطرح است.
دو نمونه تیپیک در کارگاههای استخراج I و II از این تیپ سنگ آهکی مورد آنالیز قرار گرفته اند که نتایج آن به صورتی است که در جدول ۱-۴ ذکر شده است.
جدول ۱-۴- جدول ترکیب شیمیایی بکر بلوکهای I و II
ملاحظات     CaCO3    CaO    Fe2O3    Al2O3    SiO2    شماره نمونه
سنگ آهک صورتی رنگ ماسیو بلوک II    0/98    14/55    26/0    36/0    93/1    3
سنگ آهک صورتی رنگ میکریتی ماسیو بلوک I    50/98    96/54    23/0    27/0    52/1    4
قسمت اعظم ذخایر سنگ آهک کارخانه سیمان خزر از این تیپ سنگ آهکی است که بدلیل یکنواختی ظاهری به نظر می رسد ترکیب شیمیایی این تیپ سنگ آهکها در کل منطقه گسترش خود کم و بیش نظیر دو نمونه تیپیک فوق می باشد. به هر حال جهت مشخص شدن کیفیت ذخایر از هر دو تیپ و تغییرات کیفی آنها در نقاط مختلف بویژه در بلوکهای استخراج شده، انجام یک نمونه برداری سیستماتیک ضروری است. بر روی لایه های سنگ آهک سیمان خزر در بلوکهای معدنی مورد بحث یک واحد سنگی متشکل از تناوب لایه های کنگلومرا – مارن – رس – ماسه سنگ و آهک بصورت دگرشیبی قرار گرفته اند که این رسوبات مربوط به رسوبات دریاچه ای دوره پلیوسن – پلیوستوسن در این ناحیه می باشد. در حال حاضر این واحد سنگی که کلیه ارتفاعات و یا قسمتهای بالای بلوک ها را تشکیل داده است، بصورت باطله روباره ای در استخراج از بلوک های آهکی اشکالاتی ایجاد نموده است. شیب این لایه ها کم و ماکزیمم تا ۶ درجه به طرف شمال شرق است. در بین دره هایی که بلوک سنگ آهک را از یکدیگر جدا می نماید بویژه در بلوکهای I و II و در دامنه بلوکهای III و IV ذخایری از رس بصورت دپوهای درون دره ها و دامنه بلوکها را پر نموده اند. این رسها از نظر تولید سیمان بر مبنای نمونه برداری های انجام شده بعنوان کهپوتنت رسی کاسلات قابل استفاده بوده و قابل بهره برداری می باشند. بهرحال ادامه بهره برداری از ذخایر سنگ، مستلزم بهره برداری از این ذخایر رسی که فعلاً بصورت باطله و روباره در استخراج سنگ آهک اشکالاتی ایجاد نموده است می باشند. این ذخایر رس رنگ قهوه ای تیره بوده و مربوط به عهد حاضر زمین شناسی در این ناحیه می باشد. یکسری گسلهای عرضی با امتداد شمال شرق – جنوب غربی و یکسری گسلها طول با امتداد حدودات شمال غربی – جنوب شرقی باعث جابه جایی تکتونیکی در بلوکهای سنگ آهک شدند.

۱-۲-مقاطع زمین شناسی معدنی
با بهره گیری از نقشه توپوگرافی و زمین شناسی که شامل سه تیپ با مقیاس   می باشد، مقاطع زمین شناسی مناطق مورد نظر را رسم گردیده که در این مقاطع ۱۲ روند عمومی لایه ها به چشم می خورد که با توجه به شرایط مقاطع، متدهای استخراجی در نظر گرفته می شود. در تعیین امتداد محل متقاطع فوق سعی شده است محلها به گونه ای انتخاب گردند که بتوان موقعیت زیست شناسی، معدنی ذخایر سنگ آهک را در ابتداء انتها و وسط هر بلوک در بعد سوم بصورت مشخصی نمایش داده شوند بطوریکه با استفاده از این مقاطع بتوان دقیقاً شرایط استخراج، وضعیت باطله برداری و ذخیره قابل برداشت و تراز کف کارگاه استخراج و وضعیت شرایط استخراج و حجم باطله و ذخیره قسمتی سنگ آهک در بلوکهای مختلف اظهار نمود.
•    لازم به ذکر است که در تهیه مقاطع زمین شناسی مورد بحث صرفاً از اطلاعات سطحی بهره گیری شده است؛ برای بالا بردن دقت این مقاطع لازم است بر روی هر مقطع یک گمانه حفاری مغزه گیری درست در محل حد نهایی پله های استخراجی (رسوبات نئوژن) در روی باطله روباره ای که به روی هر مقطع مشخص شده است، جهت تعیین کنتاکت باطله و سنگ آهک حفر گردد. بعلاوه جهت مشخص شدن کنتاکت دقیق سنگ آهک و رس نیز لازم است چاله های اکتشافی کمر پائین رس حفر گردند و بر مبنای نتایج حاصله از این حفاریها، مقاطع فوق دقیقاً اصلاح گردند.
محاسبه ذخیره معدنی:
پس از حفاری اکتشافی ضروری است تا ذخیره معدنی ارزیابی و تناژ و عیار آن محاسبه شود. فرض بر این است که هر یک از مغزه ها مصرف یک بلوک از ماده معدنی هستند که اطراف آن قرار دارند. برای محاسبه راحت تر تناژ و عیار ذخیره، نهشته باید بلوک بندی گردد، برای این منظور چند روش وجود دارد که در ادامه به این روش ها اشاره خواهد شد:
الف) تقسیم ذخیره معدنی هر چاه به بلوکهای یونیفرم مکعب مستطیلی
ب) ایجاد بلوکهای مثلثی بین چاهها با این فرض که تغییرات عیار و ضخامت بین آنها خطی است.
ج) ایجاد بلوکهای چند ضلعی
د) ایجاد مقاطع
متداولترین روش محاسبه ذخیره معدنی در معادن روباز تهیه مقاطع است که معمولاً با فواصل ۳۰ تا ۱۸۰ متر ایجاد می شوند. در صورتیکه عمق ذخیره کم باشد، این فواصل کوتاهتر نیز خواهد شد.

۱-۳- میزان ذخیره معدن سیمان خزر:
ذخیره سنگ آهک در محدوده واگذاری به صورت شش بلوک در حاشیه شمال لوشان در فاصله ۱۰۰ متری ۱۰۰۰ متری سنگ شکن اولیه کارخانه واقع گردیده است. یکی از بلوکهای سنگ آهک که دارای ذخیره قابل توجهی نیز می باشد، به علت نصب منبع بر روی آن و همچنین احداث تأسیسات در جوار آن فعلاً غیر قابل فعال است و در محاسبات ذخیره منظور نمی باشد. حد فاصل بلوکها دره ها و آبراهه هایی هستند که از نظر توپوگرافی آنها را از یکدیگر تفکیک نموده اند بلوکهای معدنی قابل برداشت از غرب به شرق بصورت بلوکهای ۰ , III , II , I و IV نام گذاری شده اند.
ذخیره قابل برداشت با توجه به حد نهایی برداشت مقدار ۱۰۶×27 تن سنگ آهک می باشد و جهت دستیابی و استخراج صحیح آن لازمست ۱۰۵×45 تن باطله و خاک جابه جا شود و همچنین ۱۰۵×25 تن خاک رس نیز در معدن وجود دارد. که در تهیه سیمان مورد نظر استفاده می گردد. با توجه به میزان استخراج سالیانه ۱۰۵×6 تن، عمر متوسط معدن ۴۵ سال می باشد.
فصل دوم
بخش مرتبط با رشته علمی پروژه
۲- استخراج معادن سطحی (Surface Mining)
روشهای استخراج معادن سطحی معمولاً برای استخراج آن دسته از ذخایر معدنی بکار برده می شود که به طور آشکار در سطح زمین مشاهده می شود (Exposure) یا آنکه در مجاورت سطح زمین قرار دارند. عمق ماکزیمم ذخیره روش استخراج روباز ۱۵۰ متر از سطح زمین قرار داشت ولی در سالهای اخیر با پیشرفت تکنولوژی، عرضه ماشین آلات بارگیری و حمل عظیم الجثه با قدرت و ظرفیت بالا و هزینه کمتر در مقابل روشهای زیرزمینی و ایمنی بالاتر، این روش برای معادنی که در اعماق قرار دارند نیز بکار می رود و توانایی تولید این روشها بسیار بالاست. انتخاب روش برای استخراج معادن سطحی به شرایط زمین شناسی، توپوگرافی نوع ذخیره معدنی، ابعاد فیزیکی ذخیره و شرایط ژئومکانیکی آن دارد.
روشهایی که برای استخراج معادن سطحی استفاده می شوند عبارتند از:
الف) استخراج کاواکی (Open-pit mining)
ب) روش سطح برداری (Strip mining) که خود شامل دو روش سطحی (Area) و کنتوری (Contour) می باشد.
ج) روش کواری (Quarry mining)
د) روش درج و هیدرولیکی (Dredge and Hydrulic mining)
۲-۱-۱- فعالیتهای اصلی در روش استخراج سطحی:
الف) آماده سازی سطح معدن (Preparing the surface)
ب) حفاری باطله های روی ماده معدنی (Drilling of over burden)
ج) انفجار باطله های روی ماده معدنی (Blasting of over burden)
د) بارگیری باطله ها (Loading of waste)
هـ) حمل باطله ها (Hauling of waste)
و) حفاری ماده معدنی (Drilling of ore)
ز) انفجار ماده معدنی (Blasting of ore)
ح) بارگیری ماده معدنی (Loading of ore)
ط) حمل مواد معدنی (Hauling of ore)
ک) مرحله بازسازی (Reclamation)
۲-۱-طراحی روشهای استخراج سطحی
پنج پارامتر زیر در طراحی معادن سطحی دخالت دارند:
الف) تعیین عیار حد یا حداقل عیار اقتصادی (Cut – of – Grade)
ب) تعیین نسبت استخراج (Stripping Ratio)
ج) شیب معدن (Pit slope)
د) مشخصات پله (Bench characteristics)
هـ) تعیین محدوده معدن در هر افق و در افق نهایی.
۲-۲- برنامه ریزی در معادن روباز
اطلاعات زمین شناسی، توپوگرافی، ژئومکانیکی و اقتصادی ضروری است تا با برنامه ریزی صحیح و دقیق یک معدن به مرحله استخراج در آید. از مجموعه اطلاعات فوق سه نکته باید مشخص شود عبارتند از:
الف) میزان تولید مورد نیاز در روز، هفته، ماه، سال
ب) حجم سرمایه گذاری
ج) با توجه به کارخانه و محصول نهایی چه عیاری باید استخراج شود.
مبنای آنالیز و تحلیل و ارائه هر گونه برنامه ای در معدن باید ماکزیمم سود و منفعت از آن باشد؛ ضمن آنکه به دلایل اجتماعی، سیاسی، اقتصادی همیشه همه برنامه ریزی ما براساس ماکزیمم سود ارائه نمی شود بلکه فاکتور مهم دیگری که همان پارامترهای طراحی را تشکیل می دهند (که در بخش قبلی ذکر گردید)، در بخش طراحی بحث خواهد شد.
در برنامه ریزی های بلند مدت علاوه بر تولید عیار، هزینه یا عامل اقتصادی نیز باید مورد توجه قرار گیرد.
در بسیاری از موارد برنامه ریز معدن نمی تواند به گونه ای برنامه ردیف کند تا همه‌ اهداف را تأمین کند اما همیشه سه پارامتر باید مورد توجه خاص قرار بگیرد و برنامه به گونه ای تنظیم شود که آن سه هدف تولید، عیار، هزینه برآورده شود.
وقتی که برنامه ریزی برای یک معدن انجام گرفت باید به فکر اجرای آن توسط افراد متخصص بود. در بسیاری از معادن اجزاء برنامه ها توسط بخش های زیر صورت می گیرد:
الف) بخش اداری (Administratione)
ب) بخش مهندسی (Engineering)
ج) بخش عملیات (Operating)
د) تعمیرگاه (Maintenance)
برنامه ریزی بخش اداری عبارتست از:
۱-    تأمین نیروی انسانی مورد نیاز
۲-    تأمین هزینه های پیش بینی شده در پلان
۳-    سفارش قطعات یدکی و تنظیم تاریخ دریافت آنها
۴-    تنظیم و اعلان تعطیلات رسمی
۵-    سفارش ماشین آلات جدید
وظایف بخش عملیات:‌
۱-    استخراج ماده‌ معدنی و برداشت باطله ها
۲-    ساخت جاده های معدن
۳-    نصب تجهیزات مورد نیاز برای آبکشی
۴-    تنظیم برنامه آموزش و کاری برای پرسنل
۵-    آماده سازی پله های جدید
۲-۳- روش استخراج کاواکی (Open pit mining method)
از این روش برای کانسارهای توده ای و کانسارهای عدسی یا رگه ای بسیار ضخیم استعمال می گردد. به هر حال وسعت و میزان ذخیره کانسار باید متوسط تا زیاد باشد. شیب لایه معمولاً کم بوده و دارای رخنمون می باشد.
برای کانسارهای تقریباً افقی با این روش کافیست که فقط باطله روی آن برداشته شود و پس ماده معدنی استخراج گردد. کانسارهایی که به صورت تپه ای بالاتر از سطح هموار زمین قرار دارد، با روش مخروطی بالارو و ذخیره هایی که در عمق قرار دارند با روش مخروطی پائین رو استخراج می گردند؛ در هر دو روش از عملیات حفاری و انفجار استفاده می شود. در روش روباز ابتدا مواد پوششی برداشته می شود و با استفاده از سیستم حمل و نقل به محل مناسبی جهت انبار کردن و استفاده مجدد برای بازسازی محیط در انتهای کار این سیکل انجام می شود. عمل باطله برداری و استخراج ماده معدنی باید طبق برنامه بندی خاص استخراج و حفظ ترتیب خاصی صورت گیرد. متداول ترین سیستم بارگیری در معادن روباز شاول می باشد و مناسب ترین سیستم بارگیری و حمل و نقل ترکیب شاول با کامیون می باشد. اکسکویتور و لودر از دیگر سیستمهایی هستند که ممکن است جایگزین شاول شوند. از دریل واگن برای حفاری و از آنفو برای انفجار و بردن حمل و نقل مواد از کامیونهای ۵۰ تا ۲۲۰ تنی استفاده می شود. مشخصات پله ها در معادن روباز به شرح زیر می باشد:‌
الف) ارتفاع پله: متوسط ارتفاع پله ها بین ۴ تا ۲۰ متر تغییر می کند بطوریکه در سنگهای نرم ارتفاع پله ۴ تا ۶ متر و در سنگهای نیمه سخت ارتفاع پله بین ۶ تا ۸ متر و در سنگهای سخت ارتفاع پله بین ۸ تا ۲۰ متر می باشد.
ب) عرض پله: بین ۸ تا ۴۰ متر متغیر است. این حد به اندازه ماشین حفاری، شیوه انفجار، عرض سیستم بارگیری و سیستم حمل و ایمنی بستگی دارد. اگر عرض پله کمتر باشد، میزان باطله برداری کمتر، شیب پله و معدن زیادتر می شوند و از نظر اقتصادی مقرون به صرفه خواهد بود اما ایمنی کاهش می یابد.
ج) شیب پله: شیب پله معمولاً از شیب کلی معدن زیادتر انتخاب می شود، زیرا فشار یا بار وارده کمتر بطور کلی سنگها در ارتفاع کم بیشتر می توانند حالت قائم داشته باشد تا در ارتفاع زیاد. شیب پله ها می تواند تا ۹۰ درجه نیز طراحی شود. این شیب برای سنگهای نرم بین ۳۵ تا ۵۵ درجه و متوسط ۵۵ تا ۷۵ و سخت ۷۵ تا ۹۰ درجه می باشد.
د) شیب معدن: شیب معدن بر اساس نوع و جنس طبقات، شرایط هیدرولوژی، مدت زمان استخراج بین ۲۰ تا ۷۰ درجه تغییر می کند.
هـ) پله ایمنی: پله های ایمنی در طول دیواره معدن و به منظور پذیرفتن سنگهای لق و قطعات سنگی که از پله های بالا سقوط می کنند ایجاد می شود. فاصله ای که پله های ایمنی ایجاد می شوند به اندازه ماشین بارگیری و شیب دامنه سطح ها دارد، اگر موادی که شیب پله را تشکیل می دهند شل و شیب آنها کمتر از ۴۵ درجه باشد در چنین شرایط در صورت وقوع شکست، مواد بجای سقوط، سُر یا لغزش حاصل خواهند کرد، در این حالت معمولاً به ازای هر سه یا چهار پله، یک پله ایمنی بجا گذاشته می شود.
و) رمپ: پله ها در معادن روباز یا بصورت حلزونی یا به صورت افق و بواسطه رمپ به یکدیگر مرتبط می شوند. شیب رمپ ها، پهنای آنها به نوع سیستم حمل و شرایط ژئومکانیکی محل ایجاد رمپ ها بستگی دارد، باید در محل هایی ایجاد شود که بعدها استخراج نشوند و از شرایط ژئوتکنیکی خوبی برخوردار باشد و مشکلات آب در محدوده موجود نباشد.
ز) شیب کف معدن: در بسیاری از معادن کف معدن را شیب دار می نمایند تا در فصل بهار که برفها ذوب می شوند یا زمانی که میزان بارندگی از بالاترین رقم خود برخوردار است، دفع آب از کف معدن به آسانی صورت گیرد. این شیب بین ۱ تا ۲ درصد است تا آبهای کف پله از سرعت قابل توجه برخوردار شوند و بتوانند بر برآمدگی و فرورفتگی های مختصر غلبه نمایند. جهت شیب باید به گونه ای باشد که آب از جبهه عملیات دور شود. در بعضی شرایط بجای آنکه آب از یک سمت به سمت دیگری هدایت نمایند، بر مرکز کف معدن هدایت می شوند، در این حالت باید شیب مضاعف ایجاد شود تا آب از جهات مختلف به مرکز هدایت و سپس آبکشی صورت پذیرد.

۲-۴- حفاری در معادن
۲-۴-۱- حفاری در معادن روباز
در معادن روباز معمولاً هدف از حفاری در توده سنگ، احداث چالها جهت خرج گذاری مواد منفجره می باشد. قطر و عمق چالهای حفاری تابع عوامل مختلف نظیر نوع دستگاه حفاری، ارتفاع پله، ابعاد سنگ شکسته شده، نوع مواد منفجره، مقدار استخراج روزانه عمدتاً می باشد. حفر چال یا به صورت عمودی یا افقی و یا به صورت شیب دار می باشد.
الف) چال عمودی به چالهایی اطلاق می شوند که از سطح و به طور قائم حفاری می گردند.
ب) چال افقی به چالهایی اطلاق می شوند که از کف پیت و به طور افقی و به طور موازات لایه ها حفاری می شوند.
ج) چال شیب دار به چالهایی اطلاق می شوند که از سطح و به موازات شیب پله حفاری می شوند.
۲-۵- مشخصات چال
الف) قطر چال (Hole Diameter)
تابعی از طرح مورد نظر ما جهت انفجار می باشد. هر چه قطر چال کمتر باشد، حفاری آن راحت تر و هزینه حفر هر چال کمتر می باشد ولی به صورت کلی هزینه های استخراجی با استفاده از چالهایی با قطر بزرگتر کمتر می باشد. قطر چال به عواملی همچون نوع سنگ، نوع ماده منفجره، میزان تولید، ایمنی و ابعاد مورد نظر سنگ بستگی دارد. هر چه سنگ سخت تر باشد باید از مواد منفجره ای استفاده کرد که سرعت تخریب آن بیشتر باشد.
ب) عمق چال (Hole Depth)
عمق چال در حفر تونل های زیرزمینی محدود و بین ۲ تا ۵ متر می باشد و گاه تا ۲۰ متر در روش استخراج طبقه فرعی می رسد در صورتیکه در معادن روباز عمق چال تابعی از ارتفاع پله و ارتفاع دسترسی ماشین آلات بارگیری معدن دارد و از ۱۲ تا ۶۰ متر حفر می شود.
ج) جهت، امتداد، شیب امتداد (Hole Direction)
از چالهای شیب دار در معادن روباز با پله های شیب دار یا در انفجارها با الگوی V شکل، زاویه ای، بادبزنی، پروانه ای استفاده می شود، چالها تا حد امکان باید مستقیم و بدون انحراف حفر شود.

۲-۶- طراحی پارامترهای فیزیکی معدن
عوامل متعددی در طراحی پارامترهای فیزیکی معادن روباز مؤثرند که این عوامل عبارتند از: شرایط ژئومکانیکی، زمین شناسی، میزان ذخیره معدن، ظرفیت تولید، ماشین آلات معدن، بعضی از این عوامل خارج از کنترل طراحان معدن می باشند، اما با مطالعه و کسب اطلاع از عوامل یاد شده باید پارامترها را به گونه ای طراحی نمود تا ضمن تأمین تولید مورد نظر و هزینه کم ایمنی و راندمان از حد مطلوب و بالا برخوردار باشد. پارامترهایی که در این قسمت به آنها اشاره می شود عبارتند از:
قطر چال (Qh) ، فاصله مرکز اولین ردیف چالها تا سطح آزاد (B) ، فاصله طولی دو چال انفجاری (S) ، ارتفاع پله (K) ، طول چال (H) ،‌ طول پودر سنگ یا گل گذاری (St) ، اضافه عمق (V)
۲-۷- قطر چالها (Hole diameter)
برای تعیین قطر چالها کمتر سعی شده که رابطه خاصی ارائه شود، بدلیل اینکه پارامترهای متعددی در قطر چال مؤثرند که عبارتند از: میزان تولید، نوع ماشین آلات و میزان دسترسی به آنها، عمق جبهه کار (ارتفاع پله)، نوع و میزان مواد منفجره، تعداد درزه ها و شیب آنها، ساختار چال انفجاری و کیفیت سنگ. لذا انتخاب قطر چال بیشتر براساس قضاوت طراحان انتخاب خواهد شد.
قطر چال حفاری رابطه نزدیکی با ارتفاع و عرض پله دارد و باید حدوداً بین ۵/۰ تا ۲ درصد ارتفاع پله باشد، در شرایط متعارف برای قطر چال و ارتفاع پله می توان از رابطه زیر استفاده کرد:
K= 90 Qh
K : ارتفاع پله به متر –  Qh : قطر چال برحسب متر
جدول ۲-۱-۱- ارتفاع بین قطر چال و ارتفاع پله در معادن روباز
قطر چال به میلی متر     کمترین ارتفاع پله به متر     ارتفاع مناسب پله به متر
۳۶-۲۶    5/1    2
۴۰-۲۸    5/3    5/4
۴۱    7/3    8/5
۴۵    4    6
۵۱    6/4    3/7
۶۴    8/5    9/9
۷۵    7/6    8/10
۱۰۰    9    5/14
البته رابطه دیگری هم در این زمینه با توجه به توزیع انرژی حاصل وجود دارد که به صورت زیر است:
B = 40 Qh
B : ضخامت بار سنگ به متر                                       Burder
استفاده از چالهای کم قطر در سنگهای پر درزه سبب می شود که به علت قطر کم، چالها به هم نزدیک باشند و عملاً تعداد درزه های موجود بین دو چال متوالی کم شود لذا امواج ضربه به هدر نمی رود و در نتیجه سنگهای درشت کاهش پیدا می کند و خرد شدگی بیشتر می شود. اگر در شرایطی حفر چال با قطر کم تجویز شد، بایستی قطر بحرانی ماده منفجره را نیز در نظر داشت (مثلاً قطر بحرانی آنفو ۳ cm)؛ زیرا پس از خرج گذاری، حداکثر قطری که برای خرج می توان قائل شد، قطر چال است و لازم است که از قطر بحرانی ماده منفجره بیشتر باشد تا انفجار صحیح صورت پذیرد مخصوصاً اینکه مواد منفجره ژله ای که قطر بحرانی آنها ۵/۱ cm می باشد عواملی از قبیل درجه حرارت و فشار محیط روی قطر بحرانی آنها بشدت تأثیر می گذارد. برای کارهای استخراج معدن قطر چال در زمینه‌ وسیعی تغییر می کند و مقدار آن بسته به عوامل ذکر شده می تواند از ۲۵ mm تا ۷۰۰ mm تغییر کند. با انتخاب قطر چال می توان سر مته و دستگاه چالزنی مناسب را از بین ماشین آلات موجود کمپانی سازنده انتخاب نمود.
وقتی که قطر چال زیاد باشد، فاصله چالها هم یعنی B و S نیز زیاد خواهد بود که این طرح برای زمانی مناسب است که اولاً تولید زیاد باشد، ثانیاً لوازم بارگیری و حمل و نقل و سنگ شکنی بزرگ باشد، ثالثاً خرد شدگی یکنواخت، صافی کف پله، لرزش زمین و هوا در نظر نباشد. تولید ترک و شکاف در کف پله بعدی ناشی از چالهای قطور است و اگر کف پله یا سطح انتهای چالها از نظر ایجاد ترک و شکاف مورد شک باشد، باید در انتخاب قطر چال توجه زیاد نمود.
۲-۸- بار سنگ (Burden)
نزدیکترین فاصله سطح آزاد هنگام انفجار تا محل چال ضخامت بار سنگ (بردن) است که به عنوان مهمترین و بحرانی ترین پارامتر در طراحی انفجار روباز محسوب می شود. ضخامت بار سنگ در ارتباط مستقیم با سایر عوامل انفجار است و تغییرات آن روی پیامدهای انفجار بسیار مؤثر است و اگر خطائی در انتخاب آن پیش آید، اثرش در نتیجه انفجار خیلی بیشتر از سایر پارامترهاست.
اگر ضخامت بارسنگ یا فواصل بین چالها در عرض پله کم در نظر گرفته شود، پرتاب سنگ و لرزش هوا زیاد می شود، سنگ بیش از اندازه خرد شده و سر و صدای زیادی ایجاد می گردد و عملاً بخش مهمی از ماده منفجره به هدر می رود. چنانچه ضخامت بارسنگ کم باشد، فاصله بین چالها (S) نیز کم می شود و این بدان معناست که برای خرد کردن یک توده سنگ نیاز به حفاری بیشتر داشته و مصرف ماده منفجره بیش از اندازه است. اگر ضخامت بار سنگ بیش از مقدار مورد نیاز باشد، مدت زمان حس گازهای حاصل از انفجار در چال به درازا می کشد و همین امر موجب فشار آوردن به پشت چال و در نتیجه عقب زدگی زیاد می شود. در این صورت خرد شدگی کم شده و جلوی پله سکو بوجود آمده و ناصاف می گردد و لرزش زمین نیز زیاد می گردد. چنانچه ضخامت بارسنگ خیلی بیش از مقدار صحیح آن باشد، توده سنگ جلو چالها حرکت نکرده و انفجار منجر به تشکیل حفر می گردد که به همراه آن لرزش زمین و پرتاب سنگ بوجود می آید. بطور کلی برای محاسبه ضخامت بارسنگ روابط زیادی توسط محققین ارائه شده است که مهمترین و پر کاربردترین آن در معادن ایران رابطه لنگفورس (Longefors) می باشد.
طبق رابطه زیر:
 
SGe = چگالی ماده منفجره – SGr = چگالی سنگ – De = قطر خرج (inch) – B = بردن (Foot)
۲-۹- فاصله بین چالها در طول پله (S)
فاصله بین چالها در جهتی عمود بر ضخامت بارسنگ را فاصله ردیفی چالها می گویند. این فاصله در واقع فاصله بین چالها در طول پله (Spacing) می باشد. معمولاً مقدار S با توجه به ارتفاع پله و بردن محاسبه می شود، به عبارت دیگر قبل از تعیین S باید B محاسبه شود، به طور کلی مقدار S از B بزرگتر بوده و با توجه به مدارک تئوری و تجربی می توان نتیجه گرفت که نسبت   در شرایط متعارف از ۱ تا ۲ متغیر است. اگر S خیلی کمتر از B انتخاب شود، موج انفجار قبل از رسیدن به سطح آزاد به چال بعدی می رسد که تداخل این می شوند، در نتیجه خرد شدن سنگ به نحو صحیحی صورت نمی گیرد قطعات درشت سنگ بوجود آمدن و در پای پله سکو ایجاد می شود و اگر مقدار S بیش از حد مورد نیاز انتخاب شود، یعنی فاصله بین چالها در طول زیاد باشد، محل شکستن سنگ ناهموار خواهد شد و خرد شدگی نامناسب بوجود خواهد آمد؛ در این حالت سنگها در اطراف چال خرد می شوند اما سنگ واقع مابین دو چال درشت خواهد شد، به طور کلی مقدار فاصله چالها در طول پله برای انفجار متعارف طبق رابطه مقابل بدست می آید:
B (2 تا ۱) = S
برای تخمین های اولیه نسبت   را برابر ۵/۱ در نظر می گیرند. بعلت تغییرات زمین شناسی، نوع ماده منفجره، کیفیت سنگ و اثر چالها بر هم، برای تعیین مقدار مطلوب نسبت   در یک عملیات انفجار میزان را از عدد کم شروع کرده و ادامه می دهند تا به نتیجه نهایی برسند.
بطور کلی در جایی که نسبت ارتفاع پله به بردن بیشتر از ۵ باشد   را ۲ در نظر می گیرند ضمن اینکه در چالهای قطور در حالی که با چاشنی کم تأخیری آتش شوند   را بین ۲/۱ تا ۵/۱ و در چالهای کم قطر با همین شرایط ۵/۱ تا ۸/۱ می باشد  …

منابع
۱-    آبیان؛ احمد، ۱۳۸۲ ، گزارش زمین شناسی و نقشه برداری معدن سیمان خزر
۲-    استوار؛ رحمت الله، ۱۳۷۹ ، آتش کاری در معادن (جلد اول) انتشارات جهاد دانشگاهی صنعتی امیرکبیر، چاپ چهارم.
۳-    استوار، رحمت الله، ۱۳۸۰ ، آتش کاری در معادن (جلد دوم) انتشارات جهاد دانشگاهی صنعتی امیرکبیر، چاپ سوم.
۴-    اصانلو؛‌ مرتضی، ۱۳۷۴ ، طراحی، برنامه ریزی و روش های استخراج معادن سطحی (جلد اول) انتشارات لادن.
۵-    اصانلو؛ مرتضی، ۱۳۷۴ ، طراحی و برنامه ریزی و روش های استخراج معادن سطحی (جلد سوم) انتشارات لادن.
۶-    امیری؛ روانبخش، ۱۳۸۱ ، جزوه درسی حفاری در معادن روباز، محل تدریس در دانشگاه آزاد اسلامی واحد شاهرود.
۷-    آقای دکتر اورعی، ۱۳۸۳ ، جزوه درسی طراحی در معادن، محل تدریس در دانشگاه آزاد اسلامی واحد تهران جنوب.