Kemajuan Terkini dalam Teknologi Utama untuk Perlombongan Logam Bawah Tanah
Perlombongan logam bawah tanah merupakan sistem yang kompleks yang merangkumi pembangunan, penyediaan perlombongan (takrifan dan penubuhan bijih), dan pengekstrakan, dan peletupan diperlukan pada setiap peringkat. Oleh itu, mencapai peletupan yang selamat dan cekap merupakan objektif penyelidikan utama bagi jurutera perlombongan. Lombong logam kini berada dalam peralihan kritikal daripada kerja cetek kepada kerja dalam, daripada keadaan mudah kepada sukar, dan daripada bijih gred tinggi kepada gred rendah, mewujudkan cabaran baharu untuk teori, teknologi dan peralatan. Oleh itu, penyelidikan tentang teknologi utama untuk perlombongan bawah tanah menjadi sangat penting. Kemajuan semasa tertumpu dalam lima bidang: penggerudian dan peletupan, pengangkutan dan pengangkatan bahan, tetulang batu, pengisian pes dan kawalan jauh. Kajian ini meringkaskan pembangunan dan kemajuan terkini dalam setiap bidang.
Penggerudian dan peletupan Penggerudian dan peletupan kekal sebagai teknologi teras dalam perlombongan logam tetapi dari segi sejarah juga merupakan penghubung yang lemah. Meningkatkan kecekapan penggerudian dan peletupan adalah penting untuk perlombongan bawah tanah yang selamat dan produktif. Lama-kelamaan, industri ini telah berkembang daripada penggerudian manual kepada gerudi pneumatik dan hidraulik, kepada penggerudian jumbo (termasuk pelantar berputar dan bawah lubang), dan kini ke arah robot penggerudian. Trend ini adalah jauh daripada mekanisasi mudah ke arah automasi, kecerdasan dan perlindungan alam sekitar.
Pelbagai pelantar penggerudian yang disesuaikan dengan keadaan tanah yang berbeza telah dibangunkan di dalam dan luar negara. Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, dengan peralatan penggerudian yang dipertingkatkan, sesetengah negara (terutamanya Amerika Syarikat dan Kanada) telah menyesuaikan kaedah penggerudian/letupan lubang terbuka berskala besar untuk kegunaan bawah tanah: lubang gerudi kedalaman pertengahan yang bersegmen, dalam beberapa kes, telah digantikan dengan lubang dalam berperingkat berdiameter besar, menghasilkan keputusan yang menggalakkan. Contohnya, Sweden telah membangunkan pelbagai jumbo terowong dengan kecekapan penggerudian yang tinggi, keselamatan yang lebih baik dan pencemaran yang lebih rendah; di dalam negara, jumbo tiga lengan yang dikawal sepenuhnya oleh komputer yang mengintegrasikan operasi mobiliti, penggerudian dan pengecasan telah dibangunkan, menawarkan operasi mudah, keselamatan yang tinggi dan kos yang lebih rendah. Sistem ini meningkatkan kualiti dan kecekapan penggerudian sambil mengurangkan intensiti tenaga kerja dan risiko operasi, memajukan automasi, kecerdasan dan prestasi alam sekitar.
Oleh kerana keadaan bawah tanah dan keperluan untuk penggalian jalan raya dan perlombongan berbeza, kaedah letupan kekal pelbagai. Teknik seperti letupan cas pembezaan kecil, letupan picit dan letupan kontur (muka licin) digunakan secara meluas dan telah meningkatkan hasil letupan dalam banyak situasi.
Teknologi letupan sedang berkembang ke arah letupan jitu, letupan hijau dan letupan pintar. Letupan jitu bergantung pada reka bentuk corak lubang yang diperhalusi, kajian tenaga letupan terperinci dan pemodelan simulasi letupan untuk mencapai pemecahan batu yang disasarkan. Letupan hijau menggunakan agen pembakaran baharu untuk menggantikan bahan letupan konvensional, menghapuskan gas letupan berbahaya dan meningkatkan kualiti udara bawah tanah dengan ketara. Letupan pintar menggabungkan reka bentuk letupan pintar, peralatan pintar, pemodelan getaran ramalan dan pengenalpastian automatik lubang tidak bercas untuk mencipta sistem letupan pintar.
Selain kaedah letupan, teknik pemecahan batu tanpa letupan semakin mendapat perhatian. Pelombong berterusan digunakan untuk penggalian mekanikal dalam batuan sederhana keras dan lebih lembut, memberikan produktiviti yang tinggi dan keadaan kawalan tanah yang menggalakkan. Kaedah pemecahan fizikal—seperti pancutan air bertekanan tinggi dan pemecahan haba—boleh mengatasi beberapa batasan pemotongan mekanikal tulen, menghasilkan sedikit habuk dan tiada percikan api serta menambah baik keadaan kerja. Walau bagaimanapun, penggunaan tenaga yang tinggi, kos yang tinggi dan haus alat yang teruk telah mengekang penggunaan meluas. Di samping itu, pembangunan domestik dalam teknologi maklumat dan AI bermula lebih lewat berbanding di beberapa negara lain, jadi sistem pintar utama untuk perlombongan batuan keras berterusan masih banyak bergantung pada teknologi asing. Akibatnya, perlombongan berterusan untuk deposit batuan keras belum dilaksanakan secara meluas di dalam negara.
Pengangkutan dan pengangkatan bahan Sistem pengangkutan dan pengangkatan adalah penting untuk pengeluaran bawah tanah, mengintegrasikan proses perlombongan ke dalam sistem yang berterusan dan memastikan operasi normal. Pengangkutan bijih telah berkembang daripada kaedah manual kepada sistem berasaskan rel dan kemudian kepada sistem tanpa landasan (tayar getah); trend semasa adalah ke arah peralatan tanpa landasan sebagai mod pengangkutan utama, dengan sistem berlandas sebagai sekunder, didorong oleh pembangunan dan kematangan peralatan bawah tanah tanpa landasan sejak tahun 1960-an.
Pengangkutan jarak dekat di dalam perhentian biasanya menggunakan pemuat, yang menawarkan operasi yang mudah, prestasi yang andal, produktiviti yang tinggi dan kebolehgerakan. Pengangkutan bawah tanah jarak jauh biasanya menggunakan trak pengangkut; ini digunakan secara meluas di luar negara tetapi kurang di dalam negara. Apabila kedalaman perlombongan meningkat, jarak pengangkatan berkembang dan teknologi pengangkatan menghadapi cabaran yang lebih besar, bersama-sama dengan peningkatan kos untuk mengangkat bijih. Oleh itu, membangunkan teknologi pengangkatan bijih aci dalam semakin penting. Trend keseluruhan adalah ke arah sistem berskala lebih besar dengan beban yang lebih tinggi dan automasi yang lebih besar.
Dalam perlombongan dalam, banyak operasi menggabungkan pengangkutan rel, penghantar tali sawat atau pemuat tanpa trek dengan pengangkatan aci berbilang peringkat. Contohnya, lombong emas TauTona di Afrika Selatan menggunakan sistem pengangkatan aci tiga peringkat dengan pemindahan antara aci melalui penghantar atau peralatan tanpa trek. Penghantar tali sawat terbuka konvensional mempunyai struktur yang ringkas tetapi mudah terhasil dan tumpahan habuk, yang mencemarkan udara bawah tanah dan mengurangkan keselamatan; ia juga mempunyai prestasi mendaki yang lemah. Sistem penghantar tali sawat tertutup yang lebih baharu—seperti penyelesaian reka bentuk tertutup yang dibangunkan oleh SiCON—mencegah tumpahan dan habuk, mencapai kelajuan pengangkutan melebihi 3 m/s dan condong pemegang sehingga 36°. Dengan penyesuaian yang betul, sistem sedemikian menunjukkan potensi untuk pengangkutan bijih dalam lombong.
Pengangkat hidraulik (air) digunakan terutamanya dalam aplikasi laut dalam, dan sesetengah penyelidik telah meneroka penggunaannya di lombong dalam kerana ia membolehkan operasi berterusan dan automasi yang lebih mudah. Walau bagaimanapun, penggunaan pengangkat hidraulik di bawah tanah memerlukan sistem penghancuran dan pengisaran di tapak pada kedalaman, menjadikan pelaksanaan praktikal sukar pada masa kini. Konsep inovatif seperti lif maglev untuk pengangkatan bijih juga telah dicadangkan tetapi memerlukan penyelidikan terperinci lanjut. Teknologi dan konsep baharu ini menyuntik dorongan baharu ke dalam pengangkutan dan pengangkatan lombong, memacu inovasi dalam kaedah dan peralatan.
Pengukuhan batu Pengukuhan batu di lombong logam memberi tumpuan kepada strata lemah, retak dan bertekanan tinggi. Sistem sokongan dikategorikan sebagai pasif atau aktif. Sokongan pasif (kayu, batu, gerbang keluli) tidak boleh mengubah struktur batu dalaman dan hanya menahan ubah bentuk. Sokongan aktif mengubah suai jisim batu untuk meningkatkan kekuatan semula jadinya—contohnya termasuk bolt batu dan bolt kabel, sauh bergrout resin atau simen, shotcrete dengan jaringan dan sistem komposit seperti bolt yang digabungkan dengan shotcrete dan jaringan. Antaranya, gabungan bolt dan shotcrete bergrout simen telah menjadi kaedah utama untuk pengukuhan tanah di lombong logam.
Bolt panjang penuh dan bolt terikat yang digabungkan untuk menghasilkan sistem terikat panjang penuh telah meningkatkan kekuatan penambat dengan ketara dan menunjukkan potensi yang kuat untuk aplikasi lapangan. Teknologi shotcrete telah berkembang daripada semburan campuran kering kepada semburan campuran basah, meningkatkan keadaan kerja dan mengurangkan pengelupasan batu. Menggabungkan shotcrete dengan bolt batu berkesan menghadkan ubah bentuk bebas batuan di sekeliling, mengagihkan semula tekanan dan mencegah pengelupasan permukaan dan runtuhan batu.
Kemajuan dalam mekanisasi dan peralatan mempercepatkan penggunaan sistem bolt-dan-shotcrete moden. Di peringkat antarabangsa, pelbagai jumbo bolt, rig semburan basah dan mesin gantung jaring telah dibangunkan. Di dalam negara, jumbo bolt yang dipasang pada tayar dan berjejak, mesin semburan basah gred lombong dan rig konkrit semburan basah dua lengan telah dibangunkan, meningkatkan kecekapan, mengurangkan intensiti tenaga kerja dan meningkatkan keselamatan—memajukan mekanisasi dan langkah awal ke arah operasi pintar. Selepas beberapa lelaran teknologi, tetulang batu telah beralih daripada kaedah sokongan tunggal pasif kepada kaedah komposit aktif; pembangunan masa hadapan dijangka akan menekankan mekanisasi dan kecerdasan untuk meningkatkan lagi keselamatan dan produktiviti.
Pengisian pes Sisa pepejal yang dihasilkan oleh perlombongan, pencemaran air dan udara, serta pendudukan tanah merupakan kebimbangan alam sekitar yang serius. Teknologi dan peralatan perlombongan pengisian pes menyediakan pendekatan yang menjanjikan untuk mengurangkan masalah ini. Pengisian pes menukarkan sisa buangan dan sisa pepejal lombong lain menjadi buburan struktur seperti ubat gigi yang tepu, tidak berdarah, yang boleh digunakan untuk mengisi stope dan lembangan sisa buangan, menangani dua bahaya utama—penyimpanan sisa buangan dan stope yang kosong—sambil menyokong perlombongan lestari.
Berbanding dengan isian pasir hidraulik tradisional, isian pes menawarkan tiga ciri "tiada": tiada stratifikasi, tiada pengasingan dan tiada pendarahan. Platform ujian isian pes berskala perindustrian telah diwujudkan—meliputi kira-kira 2,000 m² dengan lebih daripada 200 peralatan—menawarkan ketepatan tinggi, fungsi komprehensif dan kawalan pintar. Ia membolehkan ujian proses penuh, pengukuran parameter dan panduan amalan kejuruteraan. Terutamanya, sistem ujian paip gelung berbilang diameter, berbilang orientasi dan berbilang aliran memberikan keputusan ujian yang lebih mencerminkan keadaan lapangan berbanding kebanyakan kaedah tradisional.
Asas teori umum merentasi langkah proses pes-isi ialah reologi pes. Penyelidikan memberi tumpuan kepada model konstitutif untuk reologi pes, menggunakan pengiraan teori, eksperimen reologi dan simulasi berangka untuk memenuhi keperluan kejuruteraan merentasi empat peringkat proses: penebalan (kepekatan), pencampuran, pengangkutan dan pengisian/pengawetan. Penebalan mencapai kepekatan aliran bawah yang stabil untuk menyediakan pes yang berkelayakan; pencampuran memastikan pengadunan bahan yang seragam untuk menyokong kebolehaliran dan sifat mekanikal yang homogen dalam saluran paip; pengangkutan bertujuan untuk penggunaan tenaga yang rendah dan pengurangan haus; pengisian menyasarkan pengagihan kekuatan yang seragam dan tahap pengisian dan pelekatan yang tinggi pada dinding gantung. Keempat-empat teknologi ini sepadan dengan cabaran teknikal utama pengisian pes. Teknologi pes-isi—dicirikan oleh keselamatan, ekonomi, perlindungan alam sekitar dan kecekapan—merupakan tonggak teknikal yang penting untuk sistem perlombongan lombong logam hijau.
Kawalan jauh dan automasi Teknologi perlombongan telah berkembang daripada manual kepada mekanikal dan kini ke arah operasi automatik dan pintar. Teknologi kawalan jauh merupakan penggerak utama automasi dan kecerdasan dan akan memainkan peranan yang tidak tergantikan dalam perlombongan moden. Secara global, kawalan jauh merupakan hala tuju matang untuk lombong bawah tanah dan merangkumi kawalan penggerudian jarak jauh, kawalan pengecasan jarak jauh dan kawalan pengendalian bijih jarak jauh, antara lain. Walau bagaimanapun, penggunaan meluas bergantung pada kematangan perindustrian dan teknologi keseluruhan sesebuah negara; penerimaan berskala penuh masih belum berlaku di dalam negara.
Teknologi kawalan jauh utama tertumpu pada tiga keupayaan: penderiaan jauh persekitaran perlombongan, operasi proses perlombongan jarak jauh dan tadbir urus sistem perlombongan jarak jauh. Semua ini membolehkan persepsi dan analisis automatik, operasi tanpa pemandu, penghantaran jarak jauh, amaran awal automatik dan membuat keputusan jarak jauh. Pembangunan dan penyepaduan berterusan penderiaan, komunikasi, sistem kawalan dan AI diperlukan untuk merealisasikan perlombongan logam bawah tanah yang autonomi sepenuhnya dan diuruskan dari jauh.
Kesimpulan Kemajuan gabungan penggerudian dan peletupan, pengangkutan dan pengangkatan, pengukuhan batu, pengisian pes dan teknologi kawalan jauh membentuk semula perlombongan logam bawah tanah. Kemajuan merentasi peralatan, bahan, kawalan proses dan sistem digital memacu pengekstrakan yang lebih selamat, lebih cekap dan lebih lestari. Penyelidikan berterusan, ujian lapangan dan penyepaduan sistem pintar adalah penting untuk menghadapi cabaran mendapan logam yang lebih dalam, lebih kompleks dan gred rendah.
