التعدين في الغرف والأعمدة

📅 آخر تحديث: ٢٦ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٦ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 2 صور
الموسوعة الحرة

نظام التعدين بالغرف والأعمدة، أو الأعمدة والحواجز، هو نظام تعدين يُستخرج فيه الخام عبر مستوى أفقي، مُشكلاً صفوفًا أفقية من الغرف والأعمدة. وللقيام بذلك، تُحفر "غرف" من الخام بينما تُترك "أعمدة" من الخام غير المستخرج لدعم السقف - أي الطبقة السطحية . يُعد حساب حجم وشكل وموقع الأعمدة عملية معقدة، ومجالًا خصبًا للبحث العلمي. [ 1 ] تُستخدم هذه التقنية عادةً للرواسب المسطحة نسبيًا، مثل تلك التي تلي طبقة معينة . بالمقارنة مع تقنيات التعدين تحت الأرض الأخرى، يُعد التعدين بالغرف والأعمدة بسيطًا نسبيًا، ويُسهل ميكنته، ويُقلل من خطر هبوط سطح الأرض . [ 2 ] إلا أن معدل الاستخراج والأرباح ينخفضان بسبب الحاجة إلى ترك أجزاء من الخام في الأعمدة. [ 1 ] كان التعدين بالغرف والأعمدة من أوائل الطرق المستخدمة، [ 3 ] على الرغم من أن القوى العاملة المطلوبة قد انخفضت بشكل حاد.

يُستخدم نظام الغرف والأعمدة في استخراج خامات الفحم والجبس [ 4 ] والحديد [ 5 ] والحجر الجيري [ 6 ] واليورانيوم [ 7 ] ، لا سيما عند وجودها على شكل رواسب مانتو أو رواسب متراكمة، بالإضافة إلى الأحجار والحصى والتلك وكربونات الصوديوم والبوتاس . [ 8 ] وقد استُخدم هذا النظام في جميع أنحاء العالم، من جمهورية التشيك [ 2 ] إلى كندا [ 9 ] والصين [ 10 ] والولايات المتحدة . [ 4 ]

عملية

المرحلة الأولى - الاستكشاف والتطوير

تتم عملية التخطيط لتطوير مناجم الغرف والأعمدة بنفس طريقة طرق التعدين الأخرى إلى حد كبير، [ 11 ] وتبدأ بتحديد ملكية المنجم. بعد ذلك، يجب تحليل جيولوجيا المنجم، حيث سيحدد ذلك عوامل مثل العمر الافتراضي للمنجم، ومتطلبات الإنتاج، وتكلفة التطوير والصيانة. [ 11 ]

بعد ذلك، يتم تحديد تصميم المنجم، مع مراعاة عوامل مثل التهوية والطاقة الكهربائية ونقل الخام في تحليل التكلفة. [ 4 ] [ 11 ] ونظرًا لطبيعة الرواسب المعدنية غير المتجانسة التي تُستخرج عادةً باستخدام نظام الغرف والأعمدة، يجب رسم خريطة تصميم المنجم بعناية فائقة. [ 11 ] من المستحسن الحفاظ على حجم وشكل الغرف والأعمدة متسقين، ولكن بعض المناجم انحرفت عن هذه الصيغة بسبب نقص التخطيط وخصائص الرواسب. [ 4 ] يشمل تصميم المنجم حجم الغرف والأعمدة، بالإضافة إلى عوامل أخرى مثل عدد وأنواع المداخل، وارتفاع السقف، والتهوية، وتسلسل القطع. [ 11 ]

تخطيط المنجم

التصميم العام لمنجم الغرفة والعمود

تُطوّر مناجم الغرف والأعمدة وفقًا لنمط شبكي، باستثناء الحالات التي تتطلب فيها الخصائص الجيولوجية، كالفوالق، تعديل النمط المنتظم. ويُحدد حجم الأعمدة حسابيًا، حيث تُحدد قدرة تحمل المواد فوق وتحت المادة المستخرجة، بالإضافة إلى قدرة تحمل المادة المستخرجة نفسها، حجم الأعمدة. [ 11 ]

يُصعّب التصميم العشوائي للمنجم تخطيط التهوية، وإذا كانت الأعمدة صغيرة جدًا، فهناك خطر انهيارها. في مناجم الفحم، يُعرف انهيار الأعمدة باسم "الانضغاط" لأن السقف ينضغط لأسفل، مما يؤدي إلى سحق الأعمدة. بمجرد انهيار أحد الأعمدة، يزداد الوزن على الأعمدة المجاورة، مما ينتج عنه سلسلة من انهيارات الأعمدة. بمجرد بدء هذه السلسلة، يصعب إيقافها للغاية، حتى لو انتشرت ببطء. [ 12 ] ولمنع حدوث ذلك، يُقسّم المنجم إلى مناطق أو ألواح. [ 11 ] تفصل أعمدة تُعرف باسم أعمدة الحاجز بين الألواح. أعمدة الحاجز أكبر بكثير من أعمدة "الألواح"، وقد صُممت لتدعم جزءًا كبيرًا من اللوح وتمنع الانهيار التدريجي للمنجم في حالة انهيار أعمدة اللوح. [ 11 ]

المرحلة الثانية - التعدين

تقليديًا، تتألف عملية التعدين من ثلاث خطوات. أولًا، يتم "حفر" الرواسب، حيث يُحفر شقٌّ عميقٌ قدر الإمكان على طول قاع جزء من الخام. يُتيح هذا الحفر تكوين كومة صخرية يسهل التعامل معها في المراحل اللاحقة. ثانيًا، يتم حفر وتفجير الجزء. ينتج عن ذلك كومة من الخام تُحمّل وتُنقل خارج المنجم - وهي الخطوة الأخيرة في عملية التعدين. [ 11 ] أما مناجم الغرف والأعمدة الحديثة فتستخدم طريقة "مستمرة" أكثر، تعتمد على الآلات لطحن الصخور ونقلها إلى السطح في آنٍ واحد. [ 13 ]

يمكن استخدام عمليات أخرى، مثل إعادة ملء الحفرة ، حيث يتم تفريغ مخلفات التعدين في المناطق المستخرجة، [ 10 ] ولكنها ليست ضرورية. تعدين التراجع (الموضح أدناه) مثال على هذه العملية.

التعدين التراجعي

غالبًا ما تكون عملية التعدين التراجعي المرحلة الأخيرة من تعدين الغرف والأعمدة. بمجرد استنفاد الرواسب باستخدام هذه الطريقة، تُزال الأعمدة المتبقية، أو "تُسحب"، متراجعةً نحو مدخل المنجم [ 14 ] . بعد إزالة الأعمدة، يُترك السقف (أو الجزء الخلفي) لينهار خلف منطقة التعدين. يجب أن تتم إزالة الأعمدة بترتيب دقيق للغاية لتقليل المخاطر على العمال، نظرًا للضغوط العالية التي تتعرض لها الأعمدة المتبقية بفعل ضغوط الركائز في أرض الانهيار.

يُعدّ التعدين بالتراجع شكلاً خطيراً للغاية من أشكال التعدين. ووفقاً لإدارة السلامة والصحة في المناجم (MSHA)، فقد كان التعدين باستخراج الأعمدة مسؤولاً تاريخياً عن 25% من وفيات مناجم الفحم الأمريكية الناجمة عن انهيارات السقف أو الجدران، على الرغم من أنه لا يُمثّل سوى 10% من صناعة تعدين الفحم. [ 15 ] ولا يُمكن استخدام التعدين بالتراجع في المناطق التي لا يُسمح فيها بالهبوط الأرضي، مما يُقلّل من الربحية. [ 15 ]

في بعض الأحيان، لا يُستخدم التعدين بالانسحاب، ويُعاد استخدام المساحة تحت الأرض كمساحة تخزين مُكيّفة أو مساحة مكتبية. [ 16 ] [ 17 ]

المرحلة الثالثة - الصيانة والإصلاح

تم التخلي عن العديد من مناجم الغرف والأعمدة لمدة تصل إلى 100 عام. [ 5 ] وهذا يزيد بشكل كبير من خطر الهبوط الأرضي ما لم تتم صيانتها بشكل صحيح، [ 5 ] ومع ذلك، فإن الصيانة لا تتم في كثير من الأحيان. [ 7 ]

تاريخ

منجم فحم في ولاية ماريلاند يعود تاريخه إلى عام 1850

تعد طريقة التعدين بالغرف والأعمدة من أقدم طرق التعدين. وقد تم تطوير مناجم الغرف والأعمدة المبكرة بشكل عشوائي إلى حد ما، حيث تم تحديد أحجام الأعمدة تجريبياً وتم حفر الأنفاق في أي اتجاه مناسب. [ 18 ]

استُخدمت تقنية التعدين بالغرف والأعمدة في جميع أنحاء أوروبا منذ القرن الثالث عشر، [ 19 ] وفي الولايات المتحدة منذ أواخر القرن الثامن عشر. ولا تزال هذه التقنية مستخدمة في جميع أنحاء الولايات المتحدة، [ 13 ] ولكنها تباطأت أو توقفت تمامًا في أجزاء من أوروبا. [ 19 ]

لطالما اعتمد تعدين الفحم في الولايات المتحدة على تصميم الغرف والأعمدة، على الرغم من أنه كان يعتمد في الأصل على عدد أكبر بكثير من القوى العاملة. [ 11 ]

استُخدمت تقنية استخراج الجبس باستخدام الغرف والأعمدة في ولاية أيوا بدءًا من عام 1892، ثم توقف استخدامها تدريجيًا عام 1927 نظرًا لانخفاض معدل الاستخراج وتطوير تقنيات جعلت التعدين السطحي أكثر جدوى وأمانًا وفعالية من حيث التكلفة. [ 4 ] وفي الآونة الأخيرة، افتُتح منجم "يونايتد ستيتس جيبسوم سبيري" بالقرب من مدينة ميديابوليس بولاية أيوا عام 1961. يقع هذا المنجم، الذي يعتمد على تقنية الغرف والأعمدة، على عمق 190 مترًا (620 قدمًا) تحت سطح الأرض، ويحتوي على أعمدة مربعة الشكل، طول ضلعها 11 مترًا (37 قدمًا)، تفصل بين غرف متساوية العرض في طبقة من الجبس يبلغ سمكها حوالي 3 أمتار (10 أقدام) . [ 20 ]   

تعتمد العديد من مناجم الملح على تصميم الغرف والأعمدة. افتُتح منجم سيفتو للملح في غودريتش، أونتاريو ، وهو الأكبر في العالم، عام 1959. ويستخرج الملح من طبقة ملحية سمكها 30 مترًا (98 قدمًا) على عمق 533 مترًا (1749 قدمًا) تحت سطح الأرض، معظمها تحت بحيرة هورون . [ 21 ] ويُشابه منجم كارغيل للملح، الواقع على عمق 520 مترًا (1700 قدم) تحت سطح الأرض، ومعظمه تحت بحيرة إيري في كليفلاند، أوهايو . [ 22 ]   

الاستخدام الحديث

قد تكون مناجم الغرف والأعمدة الحديثة قليلة ومتباعدة. ويعود ذلك إلى عوامل عديدة، منها المخاطر التي يتعرض لها عمال المناجم نتيجة الهبوط الأرضي، وتزايد استخدام أساليب أخرى تعتمد على المزيد من الميكنة، وانخفاض تكلفة التعدين السطحي.

المزايا

لا يعتمد استخراج المعادن بتقنية الغرف والأعمدة بشكل كبير على عمق الرواسب. في الأعماق الكبيرة، قد يكون استخراج المعادن بتقنية الغرف والأعمدة أكثر فعالية من حيث التكلفة مقارنةً بالتعدين السطحي، وذلك نظرًا لانخفاض كمية التربة السطحية التي يجب إزالتها بشكل ملحوظ. [ 10 ] وهذا يعني أن استخراج المعادن بتقنية الغرف والأعمدة يُستخدم اليوم في الغالب للرواسب الصغيرة والعميقة ذات الجودة العالية.

العيوب

بسبب معدل استرداد منخفض يصل إلى 40٪ في بعض الحالات، [ 4 ] لا يمكن لتعدين الغرف والأعمدة أن ينافس من حيث الربحية العديد من أنواع التعدين الحديثة والأكثر آلية مثل التعدين بالجدران الطويلة أو التعدين السطحي .

تميل المناجم المهجورة إلى الانهيار. في المناطق النائية، قد تشكل الانهيارات خطراً على الحياة البرية، [ 23 ] كما أن هبوط المناجم المهجورة قد يُلحق الضرر بالبنية التحتية الموجودة فوقها وفي المناطق المجاورة. [ 5 ] [ 19 ] وتُترك كميات كبيرة من الفحم على الأعمدة كدعامات للسقف.

انظر أيضاً

مراجع

ملحوظة

  1. 1 2 كيم، جونغ غوان؛ علي، محروس أ.م؛ يانغ، هيونغ سيك (27-10-2018). "تصميم متين لترتيب الأعمدة لطريقة التعدين الآمنة بالغرف والأعمدة". الهندسة الجيوتقنية والجيولوجية . 37 (3): 1931-1942 . doi : 10.1007/s10706-018-0734-1 . ISSN 1573-1529 . 
  2. 1 2 هوديتشيك، ف.؛ شانسر، ج.؛ زوبيتشيك، ف.؛ غولاسوفسكي، ج. (يناير 2017). "تجربة تطبيق طريقة التعدين بالغرف والأعمدة في شركة OKD، جمهورية التشيك". مجلة علوم التعدين . 53 (1): 99-108 . doi : 10.1134/s1062739117011908 . hdl : 10084/124488 . ISSN 1062-7391 . 
  3. ↑ كرويل، فلويد د.؛ كولر، جيفري ل.؛ بيز، كريستوفر ج. (نوفمبر 1987). "الطلب الأقصى وعوامل الطلب في تعدين الفحم تحت الأرض". معاملات IEEE في تطبيقات الصناعة . IA-23 (6): 1105-1111 . doi : 10.1109/tia.1987.4505039 . ISSN 0093-9994 . 
  4. 1 2 3 4 5 6 مارشال، لورانس ج. (1959). أساليب التعدين وتكاليفها، رواسب الجبس في ولاية أيوا . مكتب المناجم. OCLC 680481821 . 
  5. 1 2 3 4 غريغيتش، دراغان؛ هوماند، فرانسواز؛ هوكسا، داشنور (أكتوبر 2003). "نموذج ريولوجي قصير وطويل الأجل لفهم انهيارات مناجم الحديد في لورين، فرنسا". الحوسبة والجيوتقنية . 30 (7): 557-570 . doi : 10.1016/S0266-352X(03)00074-0 .
  6. ↑ تصميم الأعمدة وامتدادات الأسقف في مناجم الأحجار، مؤرشف بتاريخ 13 أغسطس 2023 في أرشيف الإنترنت (Wayback Machine )، مركز السيطرة على الأمراض والوقاية منها (CDC)
  7. 1 2 بول، مايكل، وآخرون. "فيضانات المناجم وإدارة المياه في مناجم اليورانيوم تحت الأرض بعد عقدين من إيقاف تشغيلها." وقائع مؤتمر IMWA . 2013.
  8. ↑ هامرين، هانز (1986). دليل أساليب وتطبيقات التعدين تحت الأرض . ستوكهولم، السويد: أطلس كوبكو.
  9. ↑ "المناجم والمشاريع الرئيسية | منجم لانيجان" . miningdataonline.com . تم الاطلاع عليه بتاريخ 9 أبريل 2025 .
  10. ١ ٢ ٣ تشو، نان؛ لي، مينغ؛ تشانغ، جيكسيونغ؛ غاو، روي (٢٩ نوفمبر ٢٠١٦). "طريقة ردم الطرق لمنع المخاطر الجيولوجية الناجمة عن التعدين بالغرف والأعمدة: دراسة حالة في منجم تشانغشينغ للفحم، الصين" . المخاطر الطبيعية وعلوم نظام الأرض . ١٦ (١٢): ٢٤٧٣-٢٤٨٤ . doi : 10.5194/nhess-16-2473-2016 . ISSN 1684-9981 . 
  11. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 بيز، كريستوفر ج. التعدين الحديث للفحم في أمريكا : الأساليب والتطبيقات . ISBN  9780873353953. OCLC 900441678 . 
  12. ↑ SO Andros، تعدين الفحم في إلينوي، تحقيقات تعدين الفحم في إلينوي، النشرة 13، المجلد الثاني، العدد 1 ، جامعة إلينوي، سبتمبر 1915.
  13. 1 2 شركة صن رايز كول المحدودة. "تعدين الغرف والأعمدة: أفضل ما في تعدين الفحم الحديث" . صن رايز كول .
  14. ↑ كوفالسكي، إي آر؛ كونغار-سوريون، تش. ب. (2026-04-20). "استخلاص احتياطيات دعامات الحاجز أثناء تعدين طبقات البوتاس العميقة" . علوم وتكنولوجيا التعدين (روسيا) . 11 (1): 5-15 . doi : 10.17073/2500-0632-2026-02-1107 . ISSN 2500-0632 . 
  15. 1 2 سينغ، راجندرا؛ ماندال، ب.ك.؛ سينغ، أ.ك.؛ كومار، راكيش؛ سينها، أماليندو (مايو 2011). "استخراج أعمدة الفحم من طبقات عميقة: مع إشارة خاصة إلى حقول الفحم الهندية". المجلة الدولية لجيولوجيا الفحم . 86 ( 2-3 ): 276-288 . doi : 10.1016/j.coal.2011.03.003 . ISSN 0166-5162 . 
  16. ↑ "مترو أنفاق سبرينغفيلد" . مؤرشف من الأصل بتاريخ 23 مايو 2019. تم الاطلاع عليه بتاريخ 23 مايو 2019 .
  17. ↑ "لويزفيل تحت الأرض" . تم الاطلاع عليه بتاريخ 23 مايو 2019 .
  18. ↑ سي إم يونغ، نسبة الاستخراج من الفحم البيتوميني مع إشارة خاصة إلى ظروف إلينوي، نشرة محطة التجارب الهندسية رقم 100 ، جامعة إلينوي، صفحة 130.
  19. ١ ٢ ٣ "الهبوط الأرضي الناتج عن التعدين المهجور في حقل فحم جنوب ويلز، المملكة المتحدة: الأسباب والآليات وتقييم المخاطر البيئية". المجلة الدولية لميكانيكا الصخور وعلوم التعدين وملخصات الجيوميكانيكا . ٢٩ (٣): A٢٠٢. مايو ١٩٩٢. doi : 10.1016/0148-9062(92)94157-m . ISSN 0148-9062 . 
  20. ↑ داني ديفيس، الحقيقة حول USG، نُشر في 3 أجزاء في Mediapolis News ، من 28 يناير إلى 11 فبراير 2010، وتمت أرشفته على الويب كوثيقة واحدة .
  21. ↑ إيمي باتاكي، ريتشارد لاوتينز، الملح من المصدر: يوم في منجم بحيرة هورون، صحيفة تورنتو ستار مؤرشفة في 18 نوفمبر 2021 في Wayback Machine ، الجمعة 15 أغسطس 2014.
  22. ↑ لورا جونسون، منجم ملح كارجيل: عالم آخر تحت بحيرة إيري، روك ذا ليك مؤرشف في 17-11-2021 في آلة Wayback في 1 ديسمبر 2017؛ تخطيط الغرفة والعمود واضح بشكل خاص في خريطة المنجم الموضحة في الصورة 3 من 17.
  23. ↑ صن، هي؛ تشانغ، تشين؛ تشاو، تشاوينغ؛ يانغ، تشنغشنغ؛ صن، تشيفا؛ تشن، ويران (2017). "رصد هبوط الأرض في الجزء الجنوبي من سهل لياوهي السفلي، الصين، باستخدام تقنية PS-InSAR متعددة المسارات" . الاستشعار عن بعد للبيئة . 188 : 73-84 . doi : 10.1016/j.rse.2016.10.037 . ISSN 0034-4257 .