اصول اکتشاف زغال سنگ1
زغال‌‌سنگ یکی از ذخایر استراتژیک و مهم محسوب میشود. اهمیت این ماده معدنی در صنایع مختلف، از جمله فولاد، روز به روز با افزایش تقاضای جهانی، افزایش می‌یابد. در این راستا، اکتشاف ذخایر جدیدی از زغال‌‌سنگ الزامی بوده و علاوه بر کمک به پیشرفت صنایع مختلف، نوعی معدنکاری سودآور تلقی میشود. مهم‌ترین نکته‌ای که در اکتشاف زغال‌‌سنگ حائز اهمیت است، توجه به تمامی فاکتورهای ضروری است، به نحوی که اطلاعات لازم گردآوری شده و ذخیره با دقت قابل قبولی شناسایی شود تا امکان سرمایه‌گذاری استخراج وجود داشته باشد. بدیهی است تعیین کاتاگوری ذخیره از اهمیت خاصی برخوردار است و چنانچه در حد کاتاگوری‌های اقتصادی نباشد، عملا سرمایه‌گذاری استخراج مجاز نخواهد بود.
برای دستیابی به کاتاگوری مناسب، روند اکتشاف و عملیات اکتشافی انجام شده حائز اهمیت است. در ایران نیز منابع متعددی از زغال‌‌سنگ شناسایی شده و در حال اکتشاف یا بهره‌برداری است. مروری بر اطلاعات و مستندات موجود در معادن مختلف، نشان می‌دهد که عملا اصول اکتشاف در بسیاری از معادن رعایت نشده و معدنکاری با هدف تولید حجم مشخصی از زغال‌‌سنگ (تناژ قیدشده در پروانه بهره‌برداری) در زمانی مشخص (مدت اعتبار پروانه بهره‌برداری)، صورت می‌گیرد و معمولا دورنمایی از وضعیت معدن پس از اتمام مهلت پروانه بهره‌برداری وجود نداشته، روند عملیات استخراج پیش‌بینی نشده و اطلاع کاملی از وضعیت ذخیره و تغییرات کمیت و کیفیت آن در دسترس نیست. این معضل در بسیاری از معادن دولتی با توجه به انجام عملیات اکتشاف در سال‌های گذشته و تحت‌نظر کارشناسان روسی، کمتر احساس میشود، اما در معادن جدید و به خصوص معادن بخش خصوصی، تقریبا در اکثر موارد اکتشافی ناقص است.
در این بحث، ضمن اشاره به روش‌های اکتشاف زغال‌‌سنگ در مقیاس جهانی، به خصوص دو روش روسی و آمریکایی، روند عملیات اکتشافی در ایران بررسی و مقایسه میشود و درنهایت اشکالات متعارف موجود درروند اکتشاف زغال‌‌سنگ در ایران اشاره شده و راهکارهای پیشنهادی ارائه میشود.
۲. عملیات اکتشافی لازم در اکتشاف زغال‌‌سنگ
۲_۱. مطالعات زمین‌شناسی
اولین گام در اکتشاف هر ماده معدنی، مطالعات زمین‌شناسی است. در اکتشاف زغال‌‌سنگ، مطالعات زمین‌شناسی با هدف تهیه نقشه گسترش لایه‌های زغالی، تقسیم‌بندی منطقه از نظر پیچیدگی ساختمانی و افزایش سطح اعتماد زمین‌شناسی صورت می‌گیرد. تهیه نقشه زمین‌شناسی منطقه، همزمان با شروع مطالعات آغاز شده و در پایان عملیات اکتشافی تکمیل میشود. در نهایت، نقشه زمین‌شناسی به‌دست آمده و نقشه‌های فرعی منتج از آن باید حاوی اطلاعات زیر باشند:
ـ رخنمون لایه زغال.
ـ تمام نقاط اندازه‌گیری سطحی.
ـ تمام نقاط اندازه‌گیری عمقی.
ـ مرزهای جغرافیایی.
ـ مختصات جغرافیایی.
ـ محدوده‌هایی که از نظر قانونی یا محیطی نمی‌توان معدنکاری کرد.
ـ گسترش کاتاگوری‌های مختلف.
ـ ایزوپک ضخامت زغال و سنگ‌های روئی.
ـ مناطقی که زغال در اثر فرسایش یا عدم رسوب‌گذاری، وجود ندارد.
ـ ساختارهایی که زغال را تحت‌تاثیر قرار میدهند مانند چین‌ها و گسل‌ها.
ـ محدوده پیشنهادی برای معدنکاری روباز و زیرزمینی.
در این مرحله لازم است پارامترهای زیر مد نظر قرار گرفته و مشخص شوند و در تشریح زمین‌شناسی منطقه، ارائه شوند:
الف. ضخامت
از نظر ضخامت، لایه‌های زغالی به لایه‌های خیلی نازک (ضخامت کمتر از ۵/۰متر)، لایه‌های نازک (ضخامت ۳۰/۱_۵۰/۰متر)، لایه‌های متوسط (ضخامت ۵۰/۳_۳۰/۱متر) و لایه‌های ضخیم (ضخامت ۰۰/۱۵_۵۰/۳متر) تقسیم می‌شوند. ضخامت لایه زغال‌‌سنگ باید مشخص شده و با استفاده از مفاهیم و اصطلاحات زیر، در گزارش اکتشافی ارائه شود:
ضخامت کل لایه: مجموع ضخامت شعبات زغالی و غیرزغالی داخل آن است.
ضخامت قسمت پذیرفته لایه: مجموع ضخامت شعبات زغالی و غیرزغالی قسمتی از لایه است که ضخامت شعبات غیرزغالی مساوی و یا کمتر از شعبات زغالی باشد. در زغال‌های کک‌شو، اگر ضخامت این مجموعه بیش از ۴۰/۰متر باشد لایه قابل کار است و در غیر این صورت (کمتر از ۴۰/۰متر) لایه غیرقابل کار می‌باشد. در زغال‌های حرارتی، حداقل ضخامت لایه قابل کار، ۷۵/۰متر است.
ب. ساختمان لایه
از نظر ساختمان، لایه‌های زغالی به انواع لایه‌های ساده یعنی بدون شعبات غیرزغالی، لایه‌های مرکب یا توام با شعبات غیرزغالی و لایه‌های خیلی مرکب، که اکثرا از تناوب لایه‌های زغالی و غیرزغالی به مقدار زیاد تشکیل شده‌اند، تقسیم می‌شوند.
پ. شیب
از نظر شیب، لایه‌های زغالی به انواع کم‌شیب (۰ تا ۲۵درجه)، لایه‌های شیب‌دار (۲۵ تا ۴۵درجه) و پرشیب (۴۵ تا ۹۰درجه) تقسیم می‌شوند.
ت. وضعیت ثبات لایه زغالی
لایه‌های زغالی با انواع ثابت، نسبتا ثابت و متغیر تقسیم می‌شوند.
ثابت: ضخامت، ساختمان و پارامترهای کیفی زغال در محدوده مورد ارزشیابی بدون تغییر بوده و یا تغییرات از میانگین مفروض بیشتر نیست و نقاطی که زغال دارای ضخامت غیرقابل کار می‌باشد، وجود ندارد.
نسبتا ثابت: ضخامت، ساختمان، پارامترهای کیفی زغال دارای نوسانات زیاد هستند ولی در بیشترین قسمت منطقه، اهمیت صنعتی خود را حفظ می‌کنند.
متغیر: ضخامت، ساختمان، پارامترهای کیفی زغال تغییرات زیادی دارند به نحوی که در قسمت‌های زیادی از منطقه، اهمیت صنعتی خود را از دست داده‌اند.
۲_۲. حفاری اکتشافی
هدف از انواع حفاری‌های اکتشافی، افزایش سطح اعتماد زمین‌شناسی است. سطح اعتماد زمین‌شناسی با کم شدن فاصله نقاط مشاهده و افزایش تعداد و کیفیت داده‌های زمین‌شناسی افزایش می‌یابد. بنابراین می‌توان گفت که سطح اعتماد زمین‌شناسی به عوامل زیر بستگی دارد:
ـ فاصله از نقطه مشاهده یا اندازه‌گیری
ـ ضخامت زغال و سنگ‌های رویی
ـ دانستن نوع زغال، کیفیت، تاریخچه رسوب‌گذاری، گسترش، کرولاسیون لایه‌های زغال و کمربالا و کمرپایین
ـ دانستن ساختار زمین‌شناسی
نقطه اندازه‌گیری، نقطه‌ای در رخنمون، ترانشه، معدن یا چاه حفاری که ضخامت زغال اندازه‌گیری شده و نمونه‌برداری شده است. نقطه مشاهده نیز نقطه‌ای در رخنمون می‌باشد که لایه زغال قابل مشاهده بوده و یا شواهد نشان می‌دهد که می‌توان لایه زغال را با حفریات اکتشافی، اندازه‌گیری کرد. این نقاط برای تایید حضور لایه زغالی به‌کار می‌روند.
در سیستم آمریکایی، شعاع صفر تا ۴۰۰متر، ذخیره قطعی، ۴۰۰ تا ۱۲۰۰متر ذخیره احتمالی، ۱۲۰۰ تا ۴۸۰۰متر ذخیره ممکن و بیشتر از ۴۸۰۰متر، ذخیره زمین‌شناسی نامیده میشود.
علاوه بر پارامترهای مهم در تعیین کاتاگوری، مطالعات جانبی نیز در حین اکتشافات زغال‌‌سنگ انجام میشود. به‌عنوان مثال، مطالعات آب‌شناسی و گازخیزی برای ارزیابی ذخیره مهم نیست و در طراحی معدن اهمیت دارد، اما چون اطلاعات از محلحفاری‌های اکتشافی گردآوری میشود، در مرحله اکتشاف گازخیزی و آب‌شناسی منطقه نیز بررسی میشود.
۲_۳. مطالعات آزمایشگاهی
مطالعات آزمایشگاهی باید در نهایت منجر به شناسایی کیفیت زغال‌‌سنگ، تغییرات پارامترهای کیفی، علت تغییرات و مرز تغییرات شود. در مطالعه آزمایشگاهی نمونه‌های زغال، فاکتورهای زیر اهمیت دارند و باید بررسی شوند:
ـ خاکستر برای تمام زغال‌ها اندازه‌گیری شده و زغال بر مبنای نوع خاکستر طبقه‌بندی شود.
ـ رطوبت و ارزش حرارتی برای زغال‌های قهوه‌ای (حرارتی) و پارامترهای پلاستومتری و خروج مواد فرار برای زغال‌های کک‌شو اندازه‌گیری شود.
ـ گوگرد برای زغال‌هایی که گوگرد آنها زیاد است اندازه‌گیری شده و اگر گوگرد بیش از یک‌درصد است، نوع گوگرد تعیین شود.
ـ اگر مقدار الکالن‌ها در خاکستر بیش از ۴درصد باشد، پتاسیم و سدیم به طور جداگانه اندازه‌گیری شوند.
ـ محاسبه وزن مخصوص انجام گیرد.
پس از اندازه‌گیری پارامترهای فوق، پتروگرافی زغال نیز انجام شده و نتایج پتروگرافی با نتایج تحقیقات شیمیایی مطابقت داده شود.
در تمام مراحل لازم است صحت آنالیزهای شیمیایی به طور منظم، با استفاده از نمونه‌های تکراری، کنترل شود. در نهایت و به هنگام ارائه نتایج، باید از سالم بودن نمونه مطمئن بود.
۲_۴. طبقه‌بندی منابع زغال
پس از گردآوری اطلاعات لازم، منابع زغال طبقه‌بندی میشود. در طبقه‌بندی منابع باید گسترش فاصله از نقطه مشاهده، ضخامت زغال و سنگ‌های روئی، نوع، کیفیت و کمیت مدنظر قرار گیرند. همچنین باید فاکتورهای اقتصادی، تکنولوژیکی، قانونی و محیطی که دسترسی به زغال را تحت تاثیر قرار میدهند، مدنظر قرار گیرند.
۲_۵. جمع‌بندی و ارائه گزارش پایانی
هدف از مطالعه اکتشافی، گردآوری اطلاعات مختلف است که در نهایت اقتصادی بودن یا نبودن ذخیره را تعیین می‌کند. برای اینکه نتایج حاصل از عملیات اکتشافی قابل استناد بوده و برای ارزیابی منابع یا ذخایر کافی باشند، فاکتورهای زیر موثرند و باید بررسی شوند:
ـ نوع زغال
ـ سنگ‌های رویی زغال
ـ کاتاگوری‌های اصلی که براساس ضخامت و نوع زغال تفکیک شده‌اند
ـ نقشه لایه زغال
ـ اندازه‌گیری ضخامت زغال
ـ توزیع نقاط اندازه‌گیری
ـ وسعت محدوده
ـ وزن مخصوص
تنها پس از طی مراحل فوق می‌توان کاتاگوری ذخیره را با دقت قابل قبول تعیین و در مورد اقتصادی بودن آن بحث کرد و عملا تا وقتی اطلاعات فوق گردآوری و بررسی نشده‌اند، امکان بحث اصولی و علمی و ارزیابی فنی و اقتصادی ذخیره، وجود ندارد. گزارش اکتشافی پایانی باید در بردارنده تمام اطلاعات فوق باشد و نقشه‌های پیوست گزارش، کامل بوده، تخمین ذخیره با در نظر گرفتن پارامترهای زمین‌شناسی و کیفی زغال انجام گیرد. در مناطقی که پارامترهای مذکور متغیرند، مرز تغییرات مشخص شده و تعیین ذخیره به طور جداگانه برای محدوده‌های مختلف صورت می‌گیرد. در گزارش نهایی، حداقل اطلاعات زیر باید موجود باشند تا امکان برنامه‌ریزی و طراحی معدن فراهم شود و بتوان در مورد اقتصادی بودن یا نبودن ذخیره قضاوت کرد:
الف. شرح مختصر کارها و روند انجام آنها
ب. موقعیت جغرافیایی و جغرافیایی عمومی
ج. مطالعات قبلی (در صورت دسترسی به اطلاعات)
د. زمین‌شناسی
هـ. زغال‌‌خیزی
و. کیفیت و تکنولوژی زغال
ز. شرایط زمین‌شناسی ـ معدنی
ح. محاسبه ذخایر
ط. جمع‌بندی و نتیجه‌گیری
