فناوری های معدنکاری؛ از عصر بیل و کلنگ تا سنسور و رادار/ یادداشتی از احسان عزیزی

سه شنبه, ۱ شهریور, ۱۴۰۱

همچنان پس از هزاران سال، هدف اساسی استخراج در معادن  “استحصال فلزات و مواد معدنی از زمین و جداسازی آنها از باطله های” ثابت باقی مانده است. یک معدنچی از ۳۰۰۰ سال پیش حقیقت اساسی “حفاری در زمین برای کشف ثروت های زمین” را عمیقا درک است. در بستر زمان، جهان معادن هم در سطح مقیاس و هم از منظر فناوری های به خدمت گرفته شده، به طرز چشمگیری تغییر کرده است. معدن ها از تونل های شدادی کوچک به پیت های عظیم امروزی  تغییر سایز داده و ابزار ها از مفتول های فلزی به فناوری های در مرز دانش بشری مسلح گردیده اند. اما در همه اعصار، دو عامل شرایط اقتصادی و ولع های صنعتی همواره شیر ذائقه بشر را در دست داشته و هرزگاهی در جهت تقاضا برای فلزات مختلف به جهتی چرخانده است. لذا درک تأثیر بالقوه فناوری های جدید در حرکت به سمت پارادایم پایدارتری از بهره برداری و جلوگیری از اتلاف منابع، در معادن امری حیاتی به نظر می رسد.

در تاریخ بشریت، گرچه شرکت های معدنی به طور سنتی در به کارگیری فناوری های جدید محافظه کار می باشند، اما فناوری های به خدمت گرفته شده در این بخش بر اساس یک اصل بسیار ساده اما اساسی انتخاب شده اند و آن هم اصل “حداکثر استحصال در برابر حداقل هزینه”.  تسلط و تسری این اصل در نظام معدنکاری که ریشه در توسعه حاشیه سود و بهبود عملکرد معدن داران دارد توانسته پیوندهای های از جهان فناوری به جهان معدنکاری بزند.

حال سوال اساسی و بنیادین که امروز در برابر همه تصمیم سازان و تصمیم گیران حوزه معدن در کشور وجود دارد اینست که چگونه فناوری های جدید بر عملیات معدن تاثیر می گذارد؟ این سوال از آن جهت بنیادی است که شاید تا حدود بسیار زیادی تکلیف جهت گیری ها و سمت و سوی بخش های بسیاری را در آینده معدنکاری کشور مشخص می کند. از جمله این بخش ها می توان به مدیران ارشد حوز معدن کشور، معدن داران و معدن کاران ریز و درشت، شرکت های دانش بنیان و زیست بوم های فناورانه فعال در عرصه معدن و معدنکاری را نام برد. در حقیقت سطح مواجه این بخش ها با فناوری های جایگاه معدن در آینده اقتصاد کشور و همچنین جایگاه کشور در رنکینگ معدنی جهان  را مشخص خواهد کرد.

شرکت های معدنی هم برای تولید و هم برای تضمین سلامت و ایمنی کارگران در اتخاذ هر تصمیمی به مطمئن بودن و پیش بینی پذیر بودن آن تصمیم اهمیت بسیار بسزایی می دهند. اما در عین حال، این شرکت ها با فشارهای اجتماعی فزاینده ای برای عملکرد زیست محیطی بهتر و شفاف مواجه شده اند. همچنین این شرکت های شروع به بررسی چگونگی بهبود کارایی و بهره وری خود به موازات کاهش عیار در مواد معدنی با استفاده از فناوری های نوین معدنکاری کرده اند. مهمترین فن آوری هایی که در این چشم انداز و همگام با موج چهارم انقلاب صنعتی بخش معدن را درخواهد نوردید و به احتمال زیاد فعالیت های “با نرخ دو دلار را با یک دلار” به انجام خواهد رساند به اختصار شامل حوزه های زیر خواهد بود:

۱-حوزه اتوماسیون

یکی از مهمترین تمایلات فناورانه در آینده بخش معدن، اتوماسیون است. محرک های این گرایش در درجه اول محیطی نمی باشند، بلکه ریشه در بهره وری، سلامت و ایمنی دارند. استخراج معدن یک تجارت آلاینده و اغلب خطرناک است. استفاده از کامیون‌ها و دکل‌های استخراج خودکار به این معنی است که کارگران کمتری باید مستقیماً در معرض مواد معدنی قرار گیرند. در عین حال، اتوماسیون به معادن اجازه می دهد تا شبانه روز کار کنند و بهره وری را به حداکثر برسانند. به عنوان یک مزیت دیگر، گاهی اوقات اتوماسیون می تواند به جای نیاز به سرمایه گذاری جدید، بر روی بهبود عملکرد تجهیزات موجود متمرکز شود. تا به امروز، شرکت‌های بزرگ معدنی چند ملیتی مانند ریوتینتو از معادن خاصی به عنوان نمونه های آزمایشی برای «معادن آینده» استفاده کرده‌اند. با این حال، هرچه تولیدکنندگان بیشتری وارد این فناوری می شوند، این فناوری، عمومی تر و در دسترس تر می شود.

ماشین‌آلات خودکار از پروتکل‌های سخت‌گیرانه‌تری نسبت به عملیات انسانی پیروی می‌کنند و استفاده های غیر ضروری را کاهش می‌دهند. از نظر تئوری، این رویکرد عمر ماشین را طولانی تر می کند، انتشار آلاینده ها را کاهش می دهد و از منابع در اختیار به طور موثرتری استفاده می کند.  در نظامات معدنی اتوماسیون با مزایای بالقوه و حوزه عملکردی فراتر از بهره وری و کاهش اثرات زیست محیطی می تواند اشکال مختلفی به شرح زیر داشته باشد:

۱-۱-کامیون‌های خودران:

کامیون‌های دارای این فناوری به سیستم‌های موقعیت‌یاب جهانی، سیستم‌های لیدار و حسگر تعبیه‌شده در ساختار معدن برای کمک به ناوبری متکی هستند. آنها می توانند جدای از استراحت برای سوخت گیری و تعمیر و نگهداری تقریباً به طور مداوم کار کنند. این کامیون ها از طول عمر بیشتر، مصرف سوخت کمتر و هزینه های تعمیر و نگهداری پایین تری سود می برند‌. بگونه ای که تخمین زده می شود که در این حالت طول عمر وسیله نقلیه ۱۵ درصد افزایش و مصرف سوخت و هزینه‌های نگهداری تا ۱۰ درصد کاهش می‌یابد که می تواند به کاهش تولید گازهای گلخانه ای هم منجر شود.

۱-۲-حفاری خودکار:

حفاری خودکار تونل ها، دارای مراتب قابل توجه ای از مزایای ایمنی است. زیرا در این حالت نیروی انسانی را، از موقعیت های بالقوه خطرناک، مانند ریزش سنگ، انفجار گاز و دمای بالا در زیر زمین خارج می کند. آنها همچنین دارای مزایای زیست محیطی فراوانی هستند. در ارتباط با فناوری سنجش پیشرفته، سیستم‌های حفاری و حفاری خودکار می‌توانند با دقت بیشتری ذخایر سنگ زیرزمینی را هدف قرار دهند. به این ترتیب، آنها زمان تلف شده حفاری را کاهش داده و خروجی را به حداکثر می‌رسانند.

۱-۳-سیستم‌های تهویه خودکار در سایت‌های استخراج زیرزمینی:

هزینه عمده معادن زیرزمینی، سیستم‌های تهویه است. هدف از تهویه پاکسازی دودهای گازوئیل، گازها و دود ناشی از انفجار، کنترل دما و اطمینان از ایمنی عملیات معدنکاری است. سیستم های تهویه خودکار به طور مداوم کار نمی کنند. در عوض، آنها به شبکه ای از حسگرها برای انتقال هوا به جایی که در هر زمان معین مورد نیاز است، متکی هستند. این امر تا ۴۰ درصد انرژی را ذخیره می کند.

۲- حوزه برق و انرژی

استفاده از سوخت های فسیلی در سایت های معدنی هزینه عملیاتی قابل توجهی را تحمیل می نماید و منبعی برای آلودگی هوا و همچنین انتشار گازهای گلخانه ای است. در سایت های استخراج خارج از شبکه، معمولاً از دیزل ژنراتورها برای تامین انرژی تجهیزات استفاده می شود. از طرفی حمل و نقل سوخت، گران و آلاینده است. در عملیات معدنکاری غیرمتصل به شبکه‌های برق، کامیون‌های بزرگ و دکل‌های معدنی معمولاً با گازوئیل کار می‌کنند و انتشار قابل‌توجهی از گازهای گلخانه‌ای دارند.

تولید کنندگان تجهیزات معدن و شرکت های معدنی به طور فزاینده ای در حال آزمایش نسخه های هیبریدی دیزل/الکتریکی یا تمام الکتریکی کامیون ها و ماشین آلات معدنی هستند. مزایای برق‌رسانی در معادن زیرزمینی، که در آن دود اگزوز خطری برای سلامتی و ایمنی معدنکاران ایجاد می‌کند و باید دائماً تهویه شود، بیشتر است. اتکا به وسایل نقلیه و ماشین آلات برقی نیاز به تهویه را کاهش می دهد.

فراتر از برقی ‌سازی وسایل نقلیه، تجهیزات الکتریکی در معادن زیرزمینی نیز می‌توانند تهویه را کاهش دهند و مزایای قابل توجهی را به همراه داشته باشند. موتورهای الکتریکی به طور قابل توجهی قطعات کمتری نسبت به موتورهای احتراق داخلی دارند، و نیاز به تعمیر و نگهداری کمتری دارند، آلایندگی ایجاد نمی کنند و بسیار کم صداتر هستند .

۳- انرژی تجدید پذیر

انرژی های تجدیدپذیر به طور فزاینده ای یک گزینه قابل دوام و در دسترس برای سایت های خارج از شبکه توزیع برق است. این سیستم‌ها حتی در ترکیب با دیزل، انتشار گازهای گلخانه‌ای و هزینه حمل و نقل سوخت به مکان‌های دورافتاده را به شدت کاهش می‌دهند. سیستم های هیبریدی تجدیدپذیر/دیزل با موفقیت در صنایع معدنی مختلف در کشورهای کانادا و استرالیا تجربه شده اند. با این حال، آنها از حمایت دولت ها برای توسعه خود بهره مند شده اند.