التعدين الجوفي في الآفاق

التعدين الجوفي في الآفاق
التعدين الجوفي في الآفاق
التعدين الجوفي في الآفاق
التعدين الجوفي في الآفاق
التعدين الجوفي في الآفاق
التعدين الجوفي في الآفاق
التعدين الجوفي في الآفاق
التعدين الجوفي في الآفاق
التعدين الجوفي في الآفاق

بول دانييل- paulantdaniel@arrakis.es

د. نيكولا كاريدّو- ncareddu@unica.it

جرت العادة خلال قرون طويلة وفي مناطق عديدة من أوروبا في استخراج الحجارة الطبيعية الموظفة في البناء من محاجر تحت أرضيّة. وفي القرن العشرين، ظهر قانون صارم حدّد في بعض الحالات استخراج الحجارة من المحاجر المكشوفة مما أدى ومع توفر الظروف الجيولوجية الملائمة إلى اللجوء إلى استخراج الحجارة من الطبقات التحت الأرضيّة، وهنا تظل الجوانب الإقتصادية ذات أهمية فائقة. ويقوم السيد بول دانييل في هذا التقرير بالإشارة إلى بعض المحاجر التحت أرضية الناشطة، في حين يقوم السيد نيكولا كاريدّو بتقديم وصف مشروع محدد في إيطاليا.

لماذا ينبغي على أصحاب مقالع الحجارة الكبيرة الحجم النظر في التعدين تحت الأرضي؟ يحدد باركر (1996) ثلاث مزايا: 1).- ظروف السطح وتقسيم المناطق ومسألة البيئة، هي جوانب غالباً ما تكون إشكالياتها بسيطة؛ 2).- تلغى متطلبات الناصة باسترجاع المنطقة؛ 3).- غالباً ما توجد احتياطيات تحت قاع المحجر وتحت المنحدرات أو تحت ممتلكات مجاورة. كما توجد مزايا أخرى من بينها سير العمل الذي يدور دائماً ضمن نفس الظروف المناخية. وتوجد بطبيعة الحال بعض العيوب: التكاليف المرتفعة الخاصة بأعمال فتح المحجر وكذا التكاليف العالقة بمسألة السلامة.

ويبدو أنّ الرومان هم أوّل من مارس استخراج الحجارة من الطبقات التحت الأرضية، وبالتالي سنبدأ تحقيقنا وسنختمه في إيطاليا.

إيطاليا

يتم في استخراج الحجارة الكبيرة الحجم من الطبقات التحت الأرضية استعمال تكنلوجيات لا تسبب الضرر على المادة المستخرجة، يعني ذلك أنه لا يتم استخدام المتفجرات. غير أنه توجد المزيد من المشاكل العالقة بمسألة الاستقرار مقارنة بالمقالع المكشوفة وذلك جرّاء الفضاءات الفارغة (الغرف) التي تتولد، غير أنه لا توجد فروق كبيرة فيما يخص تكنلوجيا القطع، حيث يتم بنجاح كبير منذ أواخر السبعينات استعمال طريقة قطع مزردوجة بين منشار السلاسل ومنسار السلك الماسي.

يتم استخراج ما يقرب من 10 ٪ من ودائع الرخام في منطقة جبال الألب أبوان من الطبقات التحت الارضية. إن استخراج صواني الصخور مثل الغرانيت تتسبب في العديد من الصعوبات العملية والاقتصادية، كما أنها لا تستوفي الشروط المطلوبة ما عدا باتباع طريقة مزاوجة تكنلوجيا القواطع المائية النفاثة مع السلك الماسي، وهي عمليّاً تكنلوجيا مكلفة جداّ.

كما إنّ اختيار الأسلوب ومعدات الاستخراج رهينة لعدة عوامل، من بينها حجم الكتلة المطلوبة وطرق النقل المتاحة ومعلمات الاستقرار الهيكلي (كريدّو وآخرون، 2010) وكذلك عامل دعم الصخرة. ومن المهم أيضا النظر في مسألة الأداء الأمثل للكتل في وحدات النشر وكذلك سلامة مكان العمل والاستخدام اللاحق للغرف تحت الأرضية.

توجد ثلاث أساليب أساسية تُتّبع في التعدين تحت الأرضي للحجارة الكبيرة الحجم:

أ) النفقي؛

ب) الأعمدة الكبيرة الحجم؛

ت) الغرف والأعمدة.

ويوجد مثال شهير عن الأسلوب (أ) وهو يقع في منجم كاندوليا (Candoglia) بالقرب من بحيرة ماجيور، من حيث تم استخراج الحجارة التي استعملت في ترميم كاتدرائية مدينة ميلانو (Duomo) منذ أوائل القرن السادس عشر. وهناك مثال آخر وهو يوجد في بوبليا الواقعة جنوب ايطاليا.

يتم استخراج الرخام الأخضر باتريسيا في فال داوستا باستخدام أسلوب الأعمدة الكبيرة (ب).

ويتم اتباع الأسلوب (ت)، وهو أسلوب الغرف والأعمدة بالأساس في المناجم الحجر الجيري والرخام. وفي إيطاليا يوجد الكثير المحاجر التي يُتبع فيها أسلوب (ت)، لا سيما في جبال الألب أبوانوس، موطن رخام كرارا الشهير. كما يُتبع هذا الأسلوب في ليغوريا، حيث يستخرج الأردواز، وفي فال بريمبانا في منطقة لومباردييا، شمال ايطاليا، حيث يتم استخراج رخام أربيسكاتو أوروبيكو (Arabescato Orobico).

وسنقوم لاحقاً بتقديم وصف لمشروع جديد لاستخراج الحجر الجيري الصلب في سردينيا.

المملكة المتحدة

في يومنا هذا لا يتم استخراج الحجر الجيري سوى من الطبقات التحت الأرضية ويتم ذلك بالخصوص في منطقتي باث وبورتلاند.

بير

لقد توقف حوض بير المنجمي عن النشاط منذ فترة طويلة، غير أننا نشير إليه هنا نظراً لأهميته التاريخية، حيث تم استخدم حجارة "بير" في بناء 24 كاتدرائة بريطانية، ويتسع حوض "بير" المنجمي على مساحة 73.5 فداناً (29.7 هكتاراً) من الفضاء التحت الأرضي من الحجارة التي تم قطعها بصفة يدويّة تماماً على مدى ما يقارب الألفي سنة. وقد تم إنشاء جزء من حوض "بير" خلال عهد عائلة تيودور (1485-1603 م).

باث

حجارة "باث" هي حجارة جيرية ذهبية اللون. وفي يومنا هذا تم التخلي عن العديد من المحاجر تحت الأرضية ولكن لا يزال البعض منها في وضع نشاط، ويوجد في الوقت الراهن شركتين تنشط في استخراج الحجارة بهذا الحوض وهما: Hanson Bath & Portland وشركة Bath Stone Group، وتقوم الشركة الأولى باستغلال ثلاثة مقالع لحجارة "باث"، وقد قامت شركة Hanson في محجرها الواقع في Hartham Park بحفر منجمها تحت الأرضي الأول منذ خمسين سنة. شهرام هكيمراده هو الشخص المسؤول عن أعمال استخراج الحجارة في Hanson Bath & Portland والسيدة إيليان مارسون هي صاحبة Bath Stone Group.

بورتلاند

لقد تم استخدام حجارة بورتلاند في بناء كاتدرائية سانت بول وقصر باكنغهام. وعلى الرغم من أن هذه الحجارة لا تزال تحظى بطلب كبير، غير أنّه بات غير مقبول استخراج الحجارة من السطح في جزيرة تمتد مساحتها على 7 × 3 كم، بحيث تم التقدم في خطة استخراج الحجارة من الطبقات الجوفيّة، ففي سنة 2002 تم فتح محجر Bowers Trial باستعمال تكنولوجيات حفر متطورة والسلك الماسي ومعدات خاصة من تقنيات الشريط الماسي "Jet-belt" المستوردة من إيطاليا. وقد تم استخراج طبقة من الحجر الجيري العالية الجودة تبلغ سماكتها متوسط ​​ستة أمتار، وهناك مخططات مستقبليّة لاستخراج المزيد. السيد ميكاييل بولتناي هو المدير العام شركة Albio Stone Quarries.

كرواتيا

إكتشف الرومان (وقبلهم الإغريق) حجراً متميّزاً للبناء على طول سواحل استريا ودالماتيا. وقد ساعدت تكنولوجيا الإستخراج الحديثة كرواتيا لتصبح مصدّراً كبيراً للحجر الجيري العالي الجودة. في سنة 1994 قام مهندس التعدين كوتمان بتصميم الإستخراج الجوفي وتقديمه والخاص بمنجم كانفنار. ويقع محجر كامين بازين الآخر، وهو محجر فينكوران، على المشارف الحالية لمدينة بولا، وأنه لا يمكن أن يستمر استخراج الحجارة إلا من الطبقات الجوفية.

سلوفينيا

إنطلق سنة 1993 استخراج الرخام الملون في محجر ملك لشركة Hotavlje Marmor، يقع على بعد حوالى 50 كم شمال غرب ليوبليانا. ويبلغ حجم الإنتاج السنوي الحالي حوالي 500 م³. نحو الغرب، وبالقرب من الحدود الإيطالية، توجد شركة Marmor Sezana التي تلقت المشورة الفنية من شركة Hotavlje بشأن تطوير عمل التعدين الجوفي في محجرها Lipica الثاني، الذي ينتج رخاماً متميّز اللون يحظى بشعبية كبيرة في سلوفينيا والدول المجاورة.

بلجيكا

يتم استخراج الرخام Noir Belge (الأسود البلجيكي) في منطقة غولزين جنوب غربي مدينة بروكسل. أما الشركة المشرفة على استخراجه فهي شركة تابعة لمجموعة Solubema وهي أكبر شركة برتغالية تشغل في قطاع استخراج الرخام. ويتم استخراج ما بين 200 حتي 250 م³ من الأسود البلجيكي في السنة. ويؤكد الجيولوجي فرانسيس كيزيريان على أن الدهاليز يبلغ عرضها 10 أمتار وعلوها يقدر بـ3.30 مترا، وقد بدأ التعدين الجوفي هنا في سنة 1928، وأن الطبقة الأكثر عمقاً حاليّاً تصل إلى نحو سبعين متراً.

البرتغال

لقد قام مؤلف هذا القسم من الروبرتاج (السيد بول دانييل) منذ بعض الوقت بزيارة منجم صغير: ذي محور عمودي يبلغ طوله حوالي أربعة أمتار حيث كان يجري استخراج كتلة حجر الأردواز الصلب داكنة السواد. وعلى مقربة من محور المنجم، في فالونغو، بالقرب من مدينة بورتو البرتغالية، يوجد مصنع جديد صمم خصيصاً لتحويل الكتل إلى ألواح. وتوجد الآن شركتان هامتان في المنطقة. وتقوم شركة Pereira Gomes & Carvalho Lda باستغلال ثلاثة محاجر جوفية. وعلى الرغم من أن الشركة لديها احتياطيات كبيرة لا تزال في محاجرها غير أن استكشافها لمنطقة تبلغ مساحتها 50000 م² قد بين عن وجود احتياطيات كافية لفتح عشرة مقالع جديدة. وتبلغ قدرة إنتاج الشركة الحالية 7000 طن سنويّا، 80 ٪ من بينها من الألواح المصنعة ومن البلاطات ومنتجات أخرى تقوم بتصديرها إلى العديد من البلدان الأوروبية واليابان والولايات المتحدة.

إسبانيا

يوجد في إسبانيا ما يزيد عن 800 من المقالع الناشطة، ولكنه على ما يبدو لا يوجد سوى شركة واحدة مختصة في التعدين الجوفي، تعود ملكيتها إلى شركة EXPLOTACIONES CALCITA, S.L. . وتقع المحاجر قرب مدينة برشلونة، ويبلغ حجم إنتاجها السنوي 5000 م³ من الكتل. وتشير التقديرات إلى أن إحتياطياتها تقدر بنحو عشر سنوات من الإستغلال. تستخدم حجارة الكالسيت ذات الجودة العالية التي تستخرجها أساساً في أعمال النحت وهناك أمثلة ممتازة لهذا الاستخدام في معبد ساغرادا فاميليا الموجود في مدينة برشلونة.

اليونان

عرف اليونان استخراج الحجارة وبالخصوص مادة الرخام منذ ما لا يقل عن 2500 سنة. وقد انطلق بناء البارثينون ليحل محل معبد سابق له في سنه 447 ق.م. ويتم اللجوء من أجل القيام بأعمال الترميم التي لا تزال تسجل إلى يومنا هذا إلى استخدام رخام New Pentelic، المتأتي من المحجر الأصلي. منذ سنة 1949 أصبح المحجر ينتمي إلى شركة SA Marble Quarry DionysSos Penteli. وتدير هذه الشركة تسع محاجر خارجية ومحجرين جوفيين. السيد ليفتيس كازاتسانيديس هو مدير محجر ديونيسوس.

الولايات المتحدة

إن شركة Polycor, Inc هي ثاني أكبر منتج ومصنع للحجارة الكبيرة الحجم في أمريكا الشمالية. يقع المقر الرئيسي للمجموعة في كيبيك ، كندا.

وتدير شركة بوليكور ما يزيد عن 25 محجراً منتشرة في جميع أنحاء أمريكا الشمالية، بما في ذلك محجر الرخام الأبيض Colorado Yule الذي اقتنته عام 2004. ويقع هذا المحجر في جبال كولورادو الغربية، بالقرب من مدينة الرخام، وهو واحد من أكبر المحاجر من هذا الطراز في العالم. وهو ينتج رخاماً من أنقى الرخام في العالم الذي يتمتع بنسبة 99.5 ٪ من الكالسيت الصافي. وقد تم اكتشاف المنجم في أواخر عشرية 1870، على ارتفاع 3100 متراً، وقد تم غلقه في عام 1941 ثم فُتح من جديد في عام 1990 قبل أن تقتنيه شركة Polycor. ونرى على موقع هذه شركة على الإنترنت بعض مناجمها الجوفية حيث تُظهر الصورة جزء منها.

روسيا

انطلق الإستخراج الجوفي للحجر الجيري في منطقة لينينغراد مع بداية تسعينات القرن الماضي ولكنه كان فقط عبارة عن انتاج اضافي إلى استخراج حجارة الأردواز الطينية، ثم توقف العمل في هذا المجال. غير أنّ الإستخراج الجوفي للرخام في كيبيك كوردون الواقعة بمنطقة سايان في جمهورية خاقاسيا قد بدأ سنة 2006 ولا يزال مستمرّاً. أما حجم الإحتياطيات من الرخام الموجودة على طول ضفتي النهر فهي كبيرة جدّاً وهي ذات تنوع كبير في الألوان حيث تشمل الابيض والوردي الباهت والكريم والرمادي والبرتقالي الوردي والوردي اللماع. ونظرا للعمق الكبير لطبقات الرخام (20-30 درجة في بعض المناطق)، تم اتخاذ قرار محاولة مزاوجة التعدين الجوفي مع الخارجي في الأماكن التي يعلم فيها بوجود رخام ذي جودة عالية. مناجم كيبيك كوردون هي ملك شركة MKK HOLDINGS الموجودة بموسكو. ومن المستجدّات الجديرة بالذكر هي استخراج الحجر الجيري في منجم فحم قديم يقع في منطقة تويا. ويتم تمويل هذه المبادرة من جانب البنك الدولي للإنشاء والتعمير.

البرازيل

على بعد حوالي 2500 كم من ساو باولو، يوجد محجر جوفي لحجارة الكوارتزيت الأزرق الإمبراطوري. وقد شهد هذا المحجر في الماضي مشاكل عدة عالقة بالإستقرار الهيكلي في بعض أجزاء نفق المدخل، فقد انهارت به في مناسبتين بعض الصخور. وقد تم حل هذه المشاكل وعاد المنجم للعمل لبعض الوقت. ويقع منجم حجارة الكوارتز الأزرق الثمين هذا بالقرب من بلدة اوليفيرا دوس بيرجينهو الصغيرة في ولاية باهييا، شمال شرق البرازيل. هذا المحجر هو المحجر الجوفي الوحيد للحجارة الكبيرة الحجم الموجود في البلد.

مولدوفا

تم على امتداد العديد من قرون التعدين الجوفي للكالسيت الأبيض في العديد من المناجم في مولدوفا. في عام 1953، خلال استكشافهم لمنجم مهجور تحت مدينة تشيسيناو، عاصمة البلاد، أكد بعض الخبراء في مجال إنتاج النبيذ أنّ هذا المكان يشكل فضاء مثاليّاً لتخزين النبيذ. ومن باب المفارقات، فقد أدركت شركات النبيذ الصفات الممتازة للحجر الجيري كمادة بناء. المنتوج الأساسي لهذا المنجم هي الكتل الخاصة بالبناء والمعروفة باسم "كوستيليت" بقياس 390 × 190 × 188 ملم. وقد أنشأت شركتا إنتاج النبيذ الكبيرتان شركات لانتاج الحجارة.

تم إنشاء شركة Mina din Chisinau في عام 1969 على أساس المسوحات الجيولوجية التي أكدت وجود احتياطيات تقدر بـ43.8 مليون متر مكعب من الحجر الجيرى الأبيض تحت الضواحي الشمالية للعاصمة شيسيناو. تعد شركة Mina din Chisinau على إثنا عشر منشاراً من الشرائح الدائريّة التي تم تصميمها خصيصاً. وبالإمكان مشاهدة صور لهذه الآلات على موقع الشركة: www.mina.md

أوكرانيا

إن الصخرة المتكونة من الحجر الرملي موجودة في الطبقات السفلية لمدينة أوديسا والمناطق المحيطة بها في جنوب أوكرانيا والتي تمتد على 2500 كم من السراديب. ويوجد حاليا خمس شركات صغيرة تنشط في استخراج كميات محدودة من الحجر الجيري المسامي المتميز بضعف مقاومته للضغط. (وهناك مواد ذات نوعية أفضل توجد في الطبقات السفلى لمركز مدينة أوديسا، غير أنّه يمنع الإستخراج في هذه المنطقة). ولا تفضل الشركات التقليدية الأوكرانية هذا النوع من الحجارة الجيرية، وذلك على الرغم من كونه مادة تتطلب تكلفة منخفضة في الطاقة لاستخراجها: بديل "أخضر" للإسمنت والطوب والملاط.

سردينيا : تحويل مقلع للحجارة إلى منجم جوفي

على وشك البدء في استغلال أول مقلع جوفي من الحجر الجيري في سردينيا، إيطاليا.

مشروع "أوروساي" يعني تحويل منطقة للتعدين السطحي (والمعروفة باسم "سو كوكومياو") إلى محجر جوفي. وسيتم تحويل المحجر بصفة تدريجية، حيث أنه من الضروري إعادة تأهيل السطوح القائمة حتى تكون الأعمال الجوفية آمنة. وخلال السنوات العشر القادمة سينطلق التعدين الجوفي للكتل وتطويره، وفي الوقت نفسه، سيستمر التعدين السطحي.

الخطوة الحاسمة

الخطوة الحاسمة ساعة تصميم مقلع جوفي للحجارة الكبيرة الحجم في منطقة أوروساي، بطبيعة الحال، هو الحصول على توصيف دقيق جيوميكانيكي للكتلة الصخرية. وانطلاقاً من هذه النتائج تقرر اعتماد طريقة "الغرف والأعمدة".

ومن أجل دمج المعلومات الناتجة عن الدراسات التمهيدية والتحقق منها، تم القيام بأبحاث جديدة على أساس أساليب جيوفيزيائية:

المسح الكهرومغناطيسي المستند إلى التردد المنخفض جدا (VLF) بقدر صغير وعلى نطاق واسع؛

دراسة الزلازل، إلى جانب المسح الكهرومغناطيسي (VLF) في منطقة صغيرة، جرى بقدر كبير من التفصيل في محجر " Su Cuccumiau".

وخلال الاختبار الذي جرى على عين المكان تم الكشف عن خصائص الانقطاع على الكتلة الصخرية في " Su Cuccumiau". كما تم اتخاذ التدابير الخاصة بالمعايير اللازمة لتحديد مقاومة القص لمختلف المجموعات المتقاطعة وفقاً لمعايير Barton & Choubey.

الأعمال الجارية

يعمل المهندسون حاليّاً على الضبط النهائي لجبهات المحجر، وذلك لضبط أرضية المحجر المواجه لنفق الدخول المستقبلي ولإعادة تأهيل الجبهات المفتوحة وذلك بهدف الحد من التأثير على المنظر الطبيعي. كما تم إجراء تحليل دقيق خاص باستقرار المنحدر عند نقطة الدخول للنفق من أجل ربط تقاطع واجهة المحجر مع الجدران، بتحديد الكتل التي يمكن الحصول عليها وتخصيصها بعوامل السلامة المناسبة. كما تمت دراسة تطوير الضغط على الكتلة الصخرية خلال التعدين الجوفي، وذلك باستخدام البرمجيات القائمة على أسلوب العنصر المحدود أو أسلوب العنصر الحدّ. تم نقل التصميم الصحيح للدعامة إلى عامل للأمان الذي سيختار ضمنه الحل الأفضل من حيث التكلفة والسلامة.

وقد استبعدت الحسابات الجيوهيكلية امكانية حدوث انهيار داخل منطقة الامتياز.

وقد تم اختيار هندسة الغرف كذلك الأعمدة من خلال عملية تفاعلية تعتمد على بيانات أولية هي حجم كتلة على آلة النشر، كذلك الأداء الأمثل في إنتاج الكتل بآلات النشر، والخصائص الهندسية لمعدات للقص ووسائل النقل المتاحة اليوم في السوق، ومعالم الاستقرار الهيكلي، والسلامة في مكان العمل، وأخيرا الإستخدام اللاحق للفضاءات الجوفية في مهام أخرى.

وينقسم الإستغلال إلى ثلاثة مستويات كما يتبين في الجدول رقم 1:

وينقسم كل مستوى إلى أربع لوحات؛ الأول يكون علوه 4.5 م، نفس علو نفق الدخول. وسيتم الإستغلال بصورة مباشرة، عن طريق قص الكتل بمناشير السلاسل الماسية والسلك الماسي، بعد ذلك سيتم نقل الكتل إلى الخارج عن طريق الحاملات.

ويمكن لهندسة الغرف وكذلك الأعمدة (الجدول 2) من مواجهة الميل المتزايد إلى الضغط من الأعلى إلى الأسفل والراجع أساساً إلى ارتفاع حمل الصخر بالجانب العلوي.

وسوف ينطلق الإستغلال بطبيعة الحال انطلاقاً من اللوحة الأولى عن طريق فتح نفق الدخول وقطع الكتل الأولى بداخل الغرف.

في المساحة الفارغة الناجمة عن نشأة النفق والتعدين، سيتم تعزيز السقف بواسطة شد الصخرة وكذلك على طول الجدران المتشققة اثناء عملية حفر الغرف لضمان أمانة المكان.

وقد تم تخطيط وضبط المراحل المختلفة للتعدين السطحي والجوفي بصفة محكمة ومتوازية مع تطوير خطة للإسترجاع البيئي. أثناء عمليات التعدين السطحي سيتم تدريجيّا إعادة تأهيل واجهات المحجر مع ضمان الإرتباط المستمر بين السطوح. وسوف يتم ضمان استقرار المساحة عن طريق غطاء نباتي (Hustrulid، 2006) ومن أجل ذلك سيتم استخدام تقنيات الهندسة الحيوية الحديثة.

لقد تم تصميم دراسة جدوى مفصلة عن المنجم الجوفي "Su Cuccumiau" تم تكميله بتحليل اقتصادي ومالي شامل (كريدّو وآخرون، 2010)

ملاحظة عن الناشر: هذه المقالة هي نسخة مختصرة من المقالة التي نشرت في العدد 108 لمجلة LITOS، يناير - مارس 2011. ويمكن مراجعة النسخة الكاملة باللغة الإنجليزية على موقعنا