معدن چیست

به مکانی گفته می‌شود که در آن انباشتگی قابل توجهی از انواع فلزات و سنگ‌ها که دارای ارزش اقتصادی بالایی هستند، به چشم می‌خورد. در یک تعریف دقیق‌تر، اجتماع و پراکندگی بیش از حد معمول یک کانی در یک سنگ را معدن می‌نامند. معادن عمدتاً به صورت لود، رگه، درز، صخره یا ذخایر پلاسر در درون سنگ‌ها رخنمون پیدا می‌کنند.

اکتشاف معدن

اولین مرحله بهره‌برداری از معادن، اکتشاف و یا به عبارتی یافتن محل استخراج مادۀ معدنی است. اکتشاف معدن (Mine Exploration) فرآیند جستجوی شواهدی از هرگونه کانی‌سازی و منابع و ذخایر ارزشمند از نظر اقتصادی و تجاری با به کارگیری علوم، فنون و روش‌های مختلف در روی زمین یا زیرزمین است.

روش‌های اکتشاف معدن

اکتشاف معدن شامل عملیات مختلفی می‌شود مانند:

مطالعات دفتری

پی‌جویی اکتشافی

مرحله اکتشاف

مطالعات دفتری اکتشاف معدن

اولین مرحلۀ هر عملیات اکتشافی جمع‌آوری و بررسی داده‌های دفتری است گزارشات زمین‌شناسی و اکتشافی نقشه‌های زمین‌شناسی با مقیاس‌های مختلف تصاویر هوایی و ماهواره‌ای سنجش‌های هوابرد ژئوفیزیک ژئوشیمی و… راه‌های مناسبی برای شروع کار هستند.

در بسیاری از کشور‌های جهان از جمله ایران سازمان‌های مختلفی همچون سازمان زمین‌شناسی و اکتشافات معدن و دیگر سازمان‌ها بخشی از بررسی‌های فوق و همچنین پی‌جویی‌های اولیه را انجام داده و نتایج حاصل از آن‌ها را به صورت رایگان در اختیار عموم قرار می‌دهند؛ چرا که دولت‌ها معمولاً از فعالیت‌های بزرگ مقیاس اقتصادی استقبال می‌کنند.

بسته به قوانین هر کشور پروژه‌های معدنی می‌توانند هم در زمین‌های دولتی و هم در زمین‌های خصوصی اجرا شوند همچنین گاهی ممکن است برای برخی نواحی خاص محدودیت‌هایی وجود داشته باشد مناطق نظامی، محدوده‌های حفاظت شدۀ محیط زیست و … بنابراین پیش از شروع هرگونه عملیات پی‌جویی و اکتشاف معدن، بایستی از این موارد اطمینان حاصل کرد.

پی‌جویی اکتشافی

بعد از مطالعات دفتری صورت گرفته برای کسب اطلاعات مقدماتی به صورت میدانی، پی جویی صورت می‌گیرد که در صورت رضایت بخش بودن نتایج آن، مرحله بعد یعنی اکتشاف معدن انجام می‌شود.

هدف اصلی پی‌جویی، جستجو و تعیین محل یک آنومالی با مختصات یک کانسار کانی است. در حقیقت هدف اصلی پی‌جویی، یافتن اولین پازل اکتشاف است.

پی‌جویی زمین‌شناسی

به کارگیری علم پیدایش و تشکیل کانسار کانی، نقشه‌برداری ساختمانی و تجزیه و تحلیل‌های کانی‌شناسی و سنگ‌شناسی در کشف، تشخیص و ارزیابی پیگردهای کانی است. پی‌جویی زمین‌شناسی به منظور جستجوی کانی شامل بررسی ویژگی‌های زایشی منطقه هدف، جمع‌آوری داده‌‌‌های بدست آمده در جریان هر یک از مراحل ‌‌‌‌پی‌جویی و اکتشاف معدن، نقشه‌برداری، مطالعات دگرسانی و زون بندی، پیمایش گمانه‌‌‌ها و مغزه‌ها، … تفسیر داده‌‌‌های ‌‌‌‌زمین‌شناسی جمع آوری شده، یکپارچه و هم سنخ کردن کلیه اطلاعات دیگر جهت هدایت جستجوی کانسار و ارزیابی آن ‌‌‌‌است.

پی‌جویی ژئوفیزیکی معدن چیست

در پی‌جویی‌های ژئوفیزیکی، تغییراتی را در شرایط زمین‌شناسی که ممکن است ناشی از وجود کانسار‌های کانی اقتصادی باشد، از فاصله‌ای مشخص کشف می‌کنند به عبارتی دیگر پی‌جویی ژئوفیزیکی کشف تغییرات شرایط زمین‌شناسی ناشی از وجود کانسار کانسنگ و اندازه‌گیری خواص فیزیکی زمین است که با استفاده از ابزار‌های بسیار حساس تغییرات خواص فیزیکی زمین (ناهنجاری‌ها) انداره‌گیری می‌شوند‌.

اکتشاف ژئوشیمیایی

ژئوشیمی روشی جدید‌تر از ژئوفیزیک است. پی‌جویی ژئوشیمیایی تعیین‌کننده تغییرات جزئی ناشی از وجود ماده معدنی (معمولاً فلزی) در نزدیکی محل پی‌جویی است، این تغییرات توسط بررسی ترکیب شیمیایی نمونه‌هایی از آب، هوا، خاک و گیاهان مشخص می‌شود. نکته حائز اهمیت این است که کشف معدن اولیه ماده معدنی به وسیله روش ژئوشیمی تنها مقدمه‌ای بر کشف مستقیم از طریق پی‌جویی زمین‌شناسی یا پی‌جویی ژئوفیزیکی خواهد بود.

مراحل اکتشاف معدن چیست

مراحل اکتشاف معدن در ادامه مرحله پی‌جویی قرار دارد که هدف آن تعیین حدود و ارزیابی پی‌جویی‌هاست. در اکتشاف، شکل هندسی، گستره و ارزش یک کانسار را با استفاده از تکنیک‌هایی مشابه پی‌جویی ولی با دقت بیشتری تعیین می‌شود. اکتشاف معدن خود شامل روش‌ها و تکنیک‌های زیر می‌باشد:

اکتشاف ژئوفیزیکی

اکتشاف ژئوشیمی

اکتشاف معدن با تصاویر ماهواره‌ (سنجش از دور)

اکتشاف با دستگاه‌های حفاری اکتشافی

به طور کلی مراحل پیشرفت در اکتشاف معدن را می‌توان به این صورت بیان کرد:

نواحی تعیین شده بر اساس روش پی‌جویی از طریق تکنیک‌های اکتشافی کاملاً مشخص می‌شوند.

به صورت بخشی و همچنین در کل منطقه مشخص شده، نمونه‌برداری انجام شده و نمونه‌ها تجزیه می‌شوند.

تناژ و عیار را از طریق اطلاعات به دست آمده از نمونه‌ها تعیین و با استفاده از تناژ و عیار برآورد شده درآمد حاصل را محاسبه کرده تا در نهایت مقدمات انجام مطالعات امکان‌سنجی معدنی فراهم شود.

اکتشاف معدن با ماهواره

امروزه برای کاهش هزینه‌ها در کشف معادن از سنجش از دور (اکتشاف معدن با ماهواره) به عنوان روشی جدید استفاده می‌شود. در این نوع اکتشاف، اجسام، اراضی و یا پدیده‌های مختلف با استفاده از تصاویر ماهواره‌ای از راه دور و بدون تماس برای کسب اطلاعات مورد بررسی قرار می‌گیرد. از دورسنجی می‌توان در برخی از مکان‌ها که امکان دسترسی انسان به آن نقاط سخت و دشوار است و دارای توپوگرافی خشن می‌باشد، استفاده نمود. بزرگترین مزیت دورسنجی این است كه محصول نهایی آن معمولاً تصویری است از سطح زمین كه مـی تـوان آن را تجسم كرد و یا تصویر كرد.

یکی از اصلی‌ترین ابزار‌ها در اکتشاف معدن با ماهواره، تصاویر ماهواره‌ای و عکس‌های هوایی می‌باشد که هر کدام مزیت‌های خاص خودش را در این اکتشاف به همراه دارد در ادامه به مزایای استفاده تصاویر ماهواره‌ای در اکتشاف معدن با ماهواره می‌پردازیم.

مزایای استفاده از تصاویر ماهواره‌ای در اکتشاف معدن با ماهواره:

رقومی بودن داده‌ها

میدان دید گسترده و فرا منطقه‌ای

کاهش هزینه (زمانی، جانی، مالی)

سیستم راداری قادر به تهیه تصاویر در شبانه روز و در هر وضعیت جوی بدون نیاز به خورشید

پوشش تکراری تصاویر از نواحی معین با فاصله زمانی مشخص

چند باندی بودن داده‌های ماهواره

توانایی بارزسازی و فراهم نمودن تصاویر رنگی

توانایی تلفیق سنجش از دور (RS) و سیستم اطلاعات جغرافیایی (G.I.S.)

تهیه نقشه‌های موضوعی مورد نیاز کاربران و تسهیل تهیه نقشه‌ها

دستگاه‌های اکتشاف معدن

کار‌های میدانی زیادی در کشور‌های در حال توسعه و مناطق دور افتاده برای اکتشاف معدن و خدمات معدنی در حال حاضر انجام می‌شود. تقاضا برای مواد خام و سنگ معدن در سال‌های اخیر افزایش یافته است. برای کسانی که در این صنعت کار می‌کنند، مراحل اکتشاف معدن شامل به کارگیری ابزار و تجهیزاتی است که مخصوص زمین‌شناسان اکتشاف معدنی، معدنچیان، نقشه برداران و محققان در مقیاس بزرگ است. برخی از دستگاه‌های اکتشاف معدن عبارتند از:

تجهیزات ژئوفیزیک

دستگاه‌های ژئوالکترونیک

لرزه نگار

دستگاه پلاریزاسیون القایی

دستگاه‌های حفاری مغزه‌گیری

دستگاه‌های حفاری پودری

دستگاه‌های نقشه برداری

دستگاه‌های GPS

نرم افزار GIS

پهباد

روش‌های نوین اکتشاف معدن

اكتشاف بنیان و اساس فعالیت‌های معدنی است و میزان سرمایه‌گذاری در بخش اكتشاف تعیین كننده تعداد ذخایر و معادن در آینده است. معدنکاری از جمله فعالیت‌هایی است كه علاوه بر رونق اقتصادی كشور باعث اشتغال‌زایی در نواحی دور افتاده می‌شود. در سه دهه گذشته هزینه كشف ذخایر به نحو چشمگیری افزایش یافته، ابعاد ذخایر كشف شده در نواحی شناخته شده كاهش پیدا كرده و تعادل مناسب بین ریسک و فرصت اكتشافی محدود شده است.

ناتوانی در تشخیص ذخایر پوشیده و پنهان سدی در مقابل موفقیت‌های اكتشافی است. با در نظر گرفتن عوامل مؤثر در اكتشافات معدنی نظیر زمین‌شناسی، ژئوشیمی، ژئوفیزیکی، ژئومتیکس و حفاری در سه دهه اخیر تحولات چشمگیری رخ داده است.

زمین شناسی

در بخش زمین شناسی تهیه نقشه‌های زمین شناسی ناحیه‌ای با دقت بالا و استفاده از روش‌های تجزيه شیمیايی و ايزوتوپی به منظور تعیین ارتباط بین كانی‌سازی و تحولات زمین‌شناسی در مقیاس منطقه‌ای، تهیه نقشه‌های زمین شناسی موضوعی، تهیه نقشه‌های زمین شناسی منطقه‌ای با دقت بالا، بکارگیری مطالعات ماگماتیزم-متامورفیسم-حوضه‌های رسوبی، تکتونیک و زمین شناسی ساختمانی توسط متخصصان با اهداف اكتشافی به صورت ديجیتال و سه بعدی باعث افزايش دقت و كاهش زمان و هزينه شده است. استفاده از دستگاه فلورسنس اشعه ايکس و پراش اشعه ايکس قابل حمل موفقیت و موثر بودن مطالعات زمین شناسی اكتشافی را افزايش داده است.

ژئوفیزیک

روش‌های ژئوفیزيکي سريع و مقرون به صرفه نظیر GyroLAG ,LiDAR ,SkyTEM و روش‌های ژئوفیزيکی درون چاهی بخش ديگری از تحولات فناوری در ژئوفیزيک اكتشافی است.

ژئوشیمی

در اكتشافات ژئوشیمیايی امکان تجزيه با دقت میلی‌گرم در تن، روش‌های تخريب متفاوت نمونه‌های ژئوشیمیايی، كاهش زمان تجزيه و در مواردی امکان استفاده از دستگاه‌های تجزيه قابل حمل و امکان تعبیر و تفسیر سريع داده‌ها به كمک نرم‌افزارهای تخصصی و به اشتراک‌گذاری سريع نتايج تاثیر زيادی در موفقیت‌های اكتشافی جديد به‌ويژه در نواحی دور افتاده داشته است.

حفاری

امکان استفاده از روش‌های حفاری هدايت شونده، ماشین آلات حفاری كه امکان اجرای حفريات سطحی و عمقی را همزمان داشته و امکان جابجايی سريع دارند باعث كاهش زمان در مرحله حفريات اكتشافی شده است. توسعه حفاری‌های سونیک برای اكتشاف در مناطق سست و تحکیم نیافته، تحول جديد در حفاری‌های اكتشافی است. لاگینگ ديجیتال، تجزيه شیمیايی كُرها در محل و اخیرا به بازار آمدن دستگاه حفاری مجهز به تجزيه شیمیايی همزمان و پیوسته نمونه‌های مغزه تحول تکنولوژيکی ديگری به منظور كاهش زمان و هزينه‌های حفاری است.

مشکلات اکتشاف هوشمند معدن

توسعه فناوری ‌های اكتشافی و امکان استفاده از روش‌های ساده و سريع باعث بروز مشکلات نیز شده است كه مهمترين آن داده‌هايی است كه با واقعیت‌های زمین‌شناسی و معدنی تطبیق ندارند. علاوه بر آن تفاوت فرمت داده‌ها و نتايج از مواردی است كه وقت زيادی را از متخصصین اكتشاف به خود اختصاص داده است. كاهش تعداد و افراد تیم‌های اكتشافی با تجربه میدانی يکی از چالش‌های جديد بخش اكتشافات معدنی در مقیاس جهانی است. اين فناوری‌ها بدون متخصصین با تجربه میدانی، اكتشافی و استراتژيک تاثیر لازم را نخواهند داشت.

در نهایت نگاهی داشته باشیم به جدیدترین پیشرفت‌هایی که در زمینه معدن حاصل شده و توانسته مسیری سبز را برای کاشفان ایجاد نماید تا هر روز به منابع جدیدتری دست یابند.

فناوری‌های داده‌های مکانی

پیشرفت در زمینه تجسم داده‌های مکانی یکی از مواردی است که این روزها بسیار به کمک معادن آمده اند و داد‌ه‌های مختلف و مفیدی را در اختیار کاشفان قرار می‌دهد. برخی از موارد به قرار زیر است:

مدل‌های سه بعدی

واقعیت مجازی

واقعیت افزوده

سیستم اطلاعات جغرافیایی

این سیستم که به صورت اختصاری با نام GIS شناخته می‌شود امکان نگاهی عمیق‌تر به شکل جغرافیایی منطقه و تاثیر آن بر محیط پیرامون را می‌دهد.

هوش مصنوعی و اکتشاف هوشمند معدن

هوش مصنوعی در صنعت معدن می‌تواند روزانه اطلاعات کامل و دقیق را تنها در نصف زمانی که پیش از این صرف می‌شد بدست آورده و ارائه دهند. در ۸ سال گذشته خودروهای خودران پیشرفت قابل توجهی برای عملیات‌های حفاری، عبور از تونل‌های باریک و … داشته‌اند. در حال حاضر سیستم‌های حفاری و اکتشافاتی ساده‌سازی شدند به طوری که تنها یک کاربر می‌تواند یک حفره عمیق را ایجاد کند.

گام‌های هوشمندسازی به قرار زیر است:

یکپارچه‌سازی اطلاعات

جمع‌آوری و اتصال اطلاعات از بخش‌های مختلف معادن باعث می‌گردند تا دید یکپارچه و منسجم‌تری نسبت به عملکرد و وضعیت موجود به وجود آید. این به نوبه خود گامی بزرگی در هوشمندسازی معادن می‌باشد.

اینترنت اشیا و مکانیزاسیون

به منظور حذف خطاهای انسانی از (IOT) یا اینترنت اشیا در مرحله دوم استفاده می‌گردد. اتوماسیون فرآیندهای اصلی منبع ارزشی است که اغلب در صنایع نادیده گرفته می‌شود. با استفاده از اتوماسیون دقت کارها را بالا برده و از خطا جلوگیری می‌کند.

مراکز یکپارچه کنترل عملیات از راه دور (IROC)

دیجیتالی شدن فناوری اطلاعات (IT) و فناوری قطعات متصل به شبکه (OT) را ادغام می‌کند و فرصتی را برای متمرکز کردن عملکردهای نظارت و کنترل همه فرآیندها و عملیات استخراج در یک مکان فیزیکی ایجاد می‌کند.

دستگاه‌های پیشرفته

روش‌‌های سریع برای انجام آنالیز‌های شیمیایی؛ از مدت‌‌ها قبل، دستگاه (XRF) قابل حمل یکی از ابزار‌های اندازه‌گیری سریع و ارزان عیار عناصر محسوب می‌شد و عمدتا در کمپ‌‌های صحرایی زمین شناسی مورد استفاده قرار می‌گرفت . امروزه علاوه بر اینکه کیفیت این دستگاه‌‌ها به میزان قابل توجهی افزایش پیدا کرده است با اضافه شدن انواع دوربین‌ها، محدودکننده‌‌های پرتویی، امکان تبادل بی‌سیم اطلاعات و جی پی اس اهمیت کاربردی آن‌ها بیشتر شده است. حسن این دستگاه‌ها در این است که می‌توانند خیلی سریع و ارزان نمونه‌‌های پرعیارتر را از نمونه‌های کم عیارتر جدا کنند.