نقشه برداری علمی است که با استفاده از آن مدیریت و کنترل بسیاری از امور و رشته ها آسان تر می شود. از جمله این امور، کار معدن است که استفاده از نقشه برداری در آن بسیار کارآمد است. علوم و تکنولوژی های مربوط به نقشه برداری از صفر تا صد فرآیند کار در معدن، از اکتشاف تا بهره برداری آن را پوشش می دهد و کمک شایانی در صرفه جویی در زمان و هزینه را به کاربران آن ارائه می دهد. دراین مقاله قصد داریم تا چگونگی این فرآیند و کاربردی که نقشه برداری در کار معدن دارد را با شما به اشترک بگذاریم.
نقشه برداری معدن چیست؟
نقشه برداری معدن در پروژه های معدنی، یکی از ارکان اساسی و کلیدی به شمار می آید که نه تنها به شناسایی و ارزیابی ذخایر معدنی کمک می کند، بلکه در طراحی، برنامه ریزی و مدیریت عملیات معدنی نیز نقش حیاتی ایفا می کند. با توجه به اینکه منابع معدنی به عنوان یکی از مهم ترین منابع طبیعی در اقتصاد کشورها محسوب می شوند، دقت و صحت اطلاعات نقشه برداری می تواند تأثیر مستقیمی بر سود آوری و پایداری فعالیت های معدنی و درنتیجه اقتصاد کشورها داشته باشد.
به فرآیند جمع آوری، تحلیل و تفسیر داده های جغرافیایی و هندسی مربوط به زمین و منابع معدنی، نقشه برداری معدن اطلاق می‌شود. این فرآیند شامل استفاده از تکنیک ها و ابزار های مختلفی است که به مهندسان نقشه بردار این امکان را می دهد تا نقشه های دقیق و قابل اعتمادی از مناطق معدنی تهیه کنند. این نقشه ها به عنوان مبنای تصمیم گیری در مراحل مختلف اکتشاف، استخراج و بهره برداری از معادن به کار می روند.
شکل 1: جمع آوری داده
علاوه بر این، نقشه برداری در طراحی و برنامه ریزی معادن نیز بسیار حیاتی است. طراحی معادن به گونه ای که منابع بهینه سازی شوند و در عین حال ایمنی کارگران حفظ شود، نیازمند اطلاعات دقیق و به روز است. نقشه های تهیه شده از طریق نقشه برداری معدن ، به مهندسان این امکان را می دهد که بهترین روش های استخراج را شناسایی کرده و برنامه های مناسبی برای بهره برداری از معادن ارائه دهند.
نقشه برداری معدن به عنوان اولین گام در فرآیند شناسایی و ارزیابی ذخایر معدنی شناخته می شود. این فرآیند شامل جمع آوری داده های جغرافیایی و زمین شناسی از مناطق مختلف است تا بتوان به طور دقیق موقعیت، حجم و نوع ذخایر معدنی را شناسایی کرد.
شکل 2: مدلسازی سه بعدی
فرآیند شناسایی ذخایر معدنی معمولاً با انجام مطالعات زمین شناسی آغاز می شود. در این مرحله، اطلاعات اولیه از طریق نقشه های زمین شناسی، نمونه برداری و تحلیل های آزمایشگاهی جمع آوری می شود. سپس، با استفاده از تکنیک ها و ابزارهای نقشه برداری مانند توتال استیشن و دستگاه GPS/GNSS، موقعیت دقیق ذخایر معدنی مشخص می شود. این اطلاعات به مهندسان و جغرافی دانان کمک می‌کند تا نقشه های دقیقی از ذخایر معدنی تهیه کرده و به ارزیابی اقتصادی آن ها بپردازند.
پس از شناسایی و ارزیابی ذخایر معدنی، مرحله طراحی و برنامه ریزی معادن آغاز می شود. این مرحله شامل تعیین روش های استخراج، طراحی زیرساخت ها و برنامه ریزی زمان بندی عملیات است.
اهمیت طراحی دقیق
طراحی دقیق معادن به ویژه در معادن روباز از اهمیت بالایی برخوردار است. یک طراحی خوب می تواند به کاهش هزینه ها، افزایش ایمنی و بهبود کارایی استخراج منجر شود. همچنین، طراحی مناسب می تواند از بروز حوادث ناگوار جلوگیری نموده و به حفظ منابع معدنی کمک کند.
تکنیک های مورد استفاده برای طراحی
در این مرحله، تکنیک های مختلفی مانند مدل سازی سه بعدی و شبیه سازی‌های کامپیوتری به کار گرفته می شود. این تکنیک ها به مهندسان این امکان را می دهد که سناریوهای مختلف را بررسی کرده و بهترین روش های استخراج را شناسایی کنند. به عنوان مثال، استفاده از نرم افزارهای مدل سازی برای طراحی معادن زیرزمینی می تواند به شناسایی نقاط ضعف در طراحی کمک کرده و به بهبود ایمنی کارگران منجر شود.
اهمیت برنامه ریزی دقیق
تعریف دقیق محدوده معدن: ایجاد نقشه ها و مدل های سه بعدی از منطقه معدنی کمک می کند تا محدوده دقیق استخراج مشخص شود. این کار به جلوگیری از استخراج بیش از حد یا کمتر از حد کمک می کند.
ایجاد زیرساخت های بهینه:نقشه برداری دقیق به تعیین بهترین مکان ها برای جاده ها، محل دفن زباله ها و تأسیسات پردازش کمک می کند. این بهینه سازی باعث کاهش هزینه های حمل و نقل و افزایش بهره وری می شود.
مدیریت بهتر منابع: با برنامه ریزی دقیق، منابع موجود به صورت بهینه مدیریت می شوند و از هدررفت منابع جلوگیری می شود.
داشتن برنامه ریزی در معدن شامل موارد زیر می شود
تخمین منابع
ارزیابی دقیق ارزش مالی پروژه: با استفاده از داده های نقشه برداری، می توان ارزش مالی پروژه های معدنی را به دقت ارزیابی کرد. این کار به تصمیم گیری های اقتصادی کمک می کند.
برنامه ریزی برای استخراج بهینه: تخمین دقیق منابع موجود به برنامه ریزی بهتر برای استخراج کمک می کند و از استخراج بی‌رویه جلوگیری می‌شود.
تحلیل اقتصادی پروژه: داده های دقیق نقشه برداری به تحلیل اقتصادی پروژه ها و ارزیابی سودآوری آن ها کمک می کند.
کنترل کیفیت و حجم
اندازه گیری دقیق حجم مواد استخراج شده: نقشه برداران با استفاده از ابزارهای پیشرفته، حجم مواد استخراج شده را اندازه گیری می کنند. این کار به کنترل دقیق عملیات استخراج منجر می شود.
کنترل کیفیت سنگ معدن: نقشه برداران کیفیت (درجه) سنگ معدن را ارزیابی می کنند. این اطلاعات به بهینه سازی فرآیندهای پردازش و استخراج کمک می کند.
محاسبه سودآوری اقتصادی: با کنترل دقیق کیفیت و حجم مواد معدنی، می‌توان سودآوری اقتصادی عملیات استخراج را به دقت محاسبه کرد.
شکل 3: پروژه معدن
ایمنی و پایش
پایش پایداری دیواره ها و شیب ها: نقشه برداری به پایش پایداری دیواره ها و شیب های معدن کمک می کند که برای جلوگیری از رانش زمین ضروری است.
تشخیص زودهنگام حرکات زمینی: نقشه برداری منظم می تواند هرگونه حرکت یا تغییر شکل در دیواره های معدن را به‌موقع شناسایی کند.
اقدامات اصلاحی به موقع: با شناسایی زودهنگام مشکلات، می توان اقدامات اصلاحی به موقع انجام داد و ایمنی کارکنان را تضمین کرد.
پایش محیط زیست
ردیابی تغییرات چشم انداز: با استقاده از مهندسی نقشه برداری می توان به ردیابی تغییرات در چشم انداز منطقه معدنی پرداخت و با بکار گرفتن این اطلاعات تأثیرات زیست محیطی عملیات استخراج را ارزیابی کرد.
پایش سطح آب: با نقشه برداری دقیق، می‌توان تغییرات سطح آب را پایش کرد و تأثیرات زیست محیطی را ارزیابی کرد.
محافظت از پوشش گیاهی:ردیابی تغییرات در پوشش های گیاهی مختلف یکی از عوامل کاربرد علوم نقشه برداری می باشد که با کمک آن می توان در جهت رسیدن به محیط زیست سالم و پویا گام برداشت.
مکان یابی تجهیزات و زیرساخت ها
مکان یابی دقیق تجهیزات: نقشه‌برداران به مکان‌یابی دقیق تجهیزات معدنی کمک می‌کند تا از قرارگیری بهینه آنها اطمینان حاصل شود.
بهینه سازی زیرساخت‌ها: با استفاده از نقشه برداری دقیق، می توان زیرساخت های معدن را بهینه سازی کرد و بهره وری عملیات را افزایش داد.
کاهش هزینه های عملیاتی: مکان یابی بهینه تجهیزات و زیرساخت ها به کاهش هزینه های عملیاتی و افزایش کارایی کمک می‌کند.
در معادن روباز یکی از مهم ترین مراحل، تعیین نقاط حفاری است که با در نظر گرفتن مجموعه ای از شرایط از جمله حفظ پایداری دیواره معدن، بیشترین حجم استخراج با عیار کافی، کاهش هزینه های استخراج و … محاسبه و تعیین می گردد. این مرحله بدین صورت انجام می شود که از سر چال حفاری نمونه برداری شده و به آزمایشگاه ارسال می گردد. در آزمایشگاه برای هر چال حفاری عیار و مشخصات مربوطه تعیین شده و با وارد نمودن اطلاعات آن توسط واحد نمونه برداری به نرم‌افزار Data Mine، مدل بلوکی ساخته می شود. کارشناس کنترل سنگ با استفاده از مدل بلوکی طی یک عملیات صحیح و دقیق، الگوی حفاری را طراحی نموده و از طریق سرور به دریل حفاری ارسال می‌کند. بر اساس مختصات دقیق (در حد سانتی‌متر) محل حفر، عملیات پیاده سازی انجام می شود. نکته مهم در این فرآیند، دقت پیاده سازی این نقاط و قرارگیری هر چه دقیق تر دریل حفاری بر روی محل حفر است. به دلیل شرایط حساس استحکام دیواره ها، در بسیاری از موارد اگر این عملیات توسط اپراتور دریل حفاری و به صورت تقریبی انجام شود، ممکن است خسارات جبران ناپذیر جانی، مالی و زمانی را در بر داشته باشد. همچنین می تواند از نظر اقتصادی هزینه های زیادی را به کارفرما تحمیل کند، درحالی که با هدایت صحیح و دقیق دریل حفاری بر روی نقاط مورد نظر علاوه بر کاهش هزینه ها، سرعت عملیات حفاری را نیز افزایش می دهد. لذا، دقت هدایت دریل حفاری بر روی نقاط مشخص شده، از مهم ترین فرآیندهای عملیاتی در معادن روباز است.
شکل 5: دریل حفاری در حال انجام عملیات حفر در معدن
معرفی سامانه و اجزای آن
جهت امکان تعیین موقعیت آنی (RTK) در محل معدن، با نصب ایستگاه مرجع دائمی GNSS، می توان از تکنولوژی دقیق تعیین موقعیت و ردیابی GNSS برای هدایت ماشین های حفاری بر روی نقطه مورد نظر استفاده نمود.
شکل 6: نمونه تجهیزات یک ایستگاه مرجع دائمی GNSS
از آنجا که سیستم ماهواره ای GNSS از چندین سیستم تعیین موقعیت ماهواره ای از جمله GPS، GLONASS، GALILEO و BeiDou تشکیل شده است، می‌توان در هر زمان از شبانه روز و در مکان های فرورفته و پایین تر از محیط اطراف مثل معادن روباز، به مشاهدات تعداد بالایی از ماهواره ها دسترسی داشت و تعیین موقعیت و ردیابی دقیق امکان پذیر خواهد بود.
شکل 7: سامانه تعیین موقعیت ماهواره ای GNSS
سامانه هدایت دقیق ماشین حفاری از یک بخش سخت افزاری شامل یک گیرنده RVS و دو آنتن GNSS و یک بخش نرم افزاری شامل رابط گرافیکی (نرم افزار کنترل) تشکیل شده است.
شکل 8: نصب آنتن ژئودتیک بر روی ماشین حفاری به صورت شماتیک
در این تکنولوژی رابط گرافیکی به دو نوع نرم افزار موبایل که بر روی کنترلر (تبلت یا گوشی) دارای سیستم عامل اندروید نصب می شود و یا صفحه کاربری تحت وب است. نرم افزار از طریق بلوتوث و یا وای فای به گیرنده GNSS متصل شده و اطلاعات موقعیت را دریافت می کند. از طریق داده های مکانی، امتداد آزیموت ماشین حفاری در نرم افزار محاسبه شده و موقعیت آن نسبت به نقطه حفاری به دست می آید. سپس جهت هدایت ماشین حفاری به سمت نقطه مورد نظر، پارامترهای جهت یابی و فاصله از نقطه مجهول محاسبه شده و در صفحه نرم افزار نمایش داده می شود.
اپراتور ماشین حفاری با مشاهده پارامترهای مذکور می تواند به راحتی دریل حفاری را به سمت نقطه مورد نظر هدایت کند. لازم به ذکر است که با حرکت ماشین حفاری، پارامترهای جهت یابی و فاصله نیز به صورت لحظه ای تغییر نموده و اپراتور را نسبت به جابجایی صحیح به سمت نقطه حفاری راهنمایی می کند.
شکل 9: نرم افزار کنترل هدایت ماشین حفاری
این نرم افزار علاوه‌بر ابزار پیاده سازی و مسیریابی نقطه (Stakeout)، امکان برداشت مختصات نقطه (Measure) را نیز دارد. اگر امکان قرارگیری دریل حفاری بر روی نقطه از پیش تعیین شده نباشد، می توان نقطه ای را که در نزدیکی آن برای حفاری انتخاب می شود، برداشت نموده و مختصات آن را به سرویس وب برای تجزیه و تحلیل و بررسی ارسال کرد و پس از تأیید توسط کارشناس، عملیات حفاری صورت پذیرد. همچنین لیست نقاط حفاری مورد نظر را علاوه بر معرفی فایل از طریق کپی کردن در کنترلر، می توان از طریق سرویس وب نیز به نرم افزار معرفی نمود. این سرویس، شرایط مدیریت و کنترل ماشین های حفاری و تقسیم بندی مناطق حفاری در معدن را با سهولت امکان‌پذیر می کند.
نحوه کارکرد سامانه
در این روش گیرنده RVS و آنتن ها (دو آنتن) بر روی ماشین حفاری نصب شده و با دریافت تصحیحات تولید شده توسط ایستگاه مرجع GNSS، به مختصات دقیق در حد سانتی متر دست می یابد. بر اساس پردازش های انجام شده در RVS اطلاعات موقعیتی آن به نرم افزار نصب شده در یک کنترلر (تبلت یا گوشی) ارسال می گردد. سپس، امتداد جغرافیایی ماشین به صورت دقیق تعیین شده و علائم مسیریابی و فاصله نسبت به نقطه حفاری برای اپراتور نمایش داده می شود. اپراتور می تواند با استفاده از پارامترهای جهت یابی و فاصله، به سمت نقطه مورد نظر حرکت نموده تا اینکه دریل حفاری دقیقاً بر روی نقطه قرار گیرد.
شکل 6: گیرنده RVS
مزایای سامانه
از مزایای این روش می توان به موارد زیر اشاره نمود:
افزایش بهره وری نیروی انسانی
عدم نیاز به حضور نقشه بردار برای پیاده سازی نقاط
در معادن بزرگ، مناطق کوهستانی و وجود شرایط جوی خاص، امکان از بین رفتن نقاط نشانه گذاری شده وجود دارد و همچنین به علت همین عوامل امکان حضور نقشه بردار در زمان برنامه ریزی شده میسر نیست.
افزایش بهره وری با کاهش مدت زمان انتظار اپراتور دریل جهت حفاری
بومی سازی فناوری بر روی تجهیزات موجود
تلاش در راستای مکانیزه کردن و هوشمندسازی معدن
حذف خطای انسانی
بالا بردن دقت و صحت تهیه مدل بلوکی که منجر به افزایش راندمان تولید می گردد
امکان ثبت موقعیت جدید چال های حفاری، در صورت عدم امکان حفاری نقاط از پیش طراحی شده و در نتیجه افزایش راندمان تولید و حذف خطاهای مدل سازی
امکان انجام عملیات حفاری در هر ساعت از شبانه روز وجود خواهد داشت و محدودیت های روش فعلی مانند انجام فعالیت در شب به دلیل دید محدود و مسائل ایمنی حذف خواهد شد.
ایمنی بالا، هوشمندسازی، افزایش راندمان، بومی سازی، افزایش صحت داده های جمع آوری شده و بهبود فرآیند تصمیم گیری و برنامه ریزی، کاهش هزینه ها، جلوگیری از اتلاف انرژی و همچنین کاهش استهلاک دستگاه حفاری
شرکت رایمند این افتخار را دارد که با بومی سازی تجهیزات روز نقشه برداری قدم موثری را در پیشرفت کشور ایفا کند. در همین راستا می توانید برای تهیه تجهیزات بروز نقشه برداری از جمله گیرنده RVS که یکی از ملزومات نقشه برداری معدن است، با ما در تماس باشید. برای درخواست مشاوره رایگان کلیک کنید.
همگام با فناوری‌های روز دنیا
