• آخرین های تکنولوژی
  • محبوبترین های تكنولوژی


 

ویژه ها

×

هشدار

JUser: :_بارگذاری :نمی توان کاربر را با این شناسه بارگذاری کرد: 444

دکتر جعفر خادمی حمیدی، عضو هیئت علمی دانشگاه تربیت مدرس

اخبار فلزات: معدن و معدنکاری از بخش‌های مختلفی تشکیل می‌شود که در بین آن‌ها حفاری و تکنولوژی حفاری نقشی موثر و سازنده بر افزایش راندمان و دسترسی به منابع و ذخایر معدنی ایفا می‌کند. چرا که هم‌زمان با حرکت از سطح به سمت عمق زمین برای یافتن مواد معدنی، دشواری‌ها و شکست سنگ‌ها نیز سختی عمیق‌تری دارد. بنابراین استفاده از سرمته‌ها، ماشین‌آلاتی با کارایی و شاخص عمر بالاتر، فرایندهای اکتشافی و استخراجی را تسهیل می‌کند. از این‌رو، شناخت حفاری و جایگاه آن همراه با تاثیراتی که بر هزینه و قیمت تمام‌شده محصول معدنی می‌گذارد، اهمیت بالایی دارد. ایران نیز به‌دلیل دارا بودن معادن فلزی و غیزفلزی گوناگون، آگاهی از تکنولوژی‌های جدید و سعی بر به‌روزرسانی دانش‌فنی موجود در واحدهای تحقیق‌وتوسعه تجهیزات حفاری داخل کشور، می‌تواند مفید واقع شود.

جایگاه تکنولوژی حفاری 

پیش از شناخت و بررسی تکنولوژی حفاری در معدن، باید با مراحل معدنکاری و عملیات واحد در استخراج معادن آشنا شد. معدنکاری عموماً متشکل از چهار مرحله است: پی‌جویی، اکتشاف و شناخت ذخیره معدنی، تولید و بهره‌برداری از معدن و بستن معدن. مرحله اول که شامل جست‌وجو برای یافتن ماده معدنی است، در واقع به مجموعه اقدامات لازم برای یافتن یک معدن و ماده معدنی اطلاق می‌شود. مرحله دوم که شامل اکتشاف و شناخت ذخیره معدنی است، به بررسی پارامترهای مرتبط با حجم، تناژ، کیفیت ماده معدنی و ... می‌پردازد. اگر بررسی‌ها در این مرحله به اقتصادی بودن معدن رای مثبت بدهند، معدنکاری وارد مرحله سوم می‌شود. در مرحله بعدی معدنکار به تولید ماده معدنی و بهره‌برداری از معدن می‌پردازد. مرحله پایانی که در واقع به‌معنای پایان عمر معدن است، از آن با عنوان بازسازی سایت معدن یاد می‌شود. در مرحله چهارم، تلاش‌ها مبنی بر بازگرداندن معدن به حالت اول و شرایط پیش از راه¬اندازی آن است، به‌گونه‌ای که کمترین آسیب و دست‌اندازی به طبیعت رخ داده باشد.

معدنکاری اساساً به‌عنوان جداسازی ماده معدنی از زمین دربرگیرنده آن تعریف می‌شود و باید ماده معدنی را از سنگ درون¬گیر و زمین میزبان جدا کرد. این مسئله به‌معنی تلاش برای کندن سنگ از موقعیت آن است و به‌نوعی همان حفاری به‌شمار می‌رود. از این‌رو می‌توان گفت در همان مرحله اکتشاف، عملیات حفاری و کندن سنگ با معدنکاری همراه می‌شود. در مرحله اکتشاف که کشف ذخیره معدنی انجام می‌شود، یک معدنکار با دو نوع ذخیره معدنی مواجه می‌شود. در نوع اول، ذخیره‌ معدنی در نزدیکی سطح (و یا به صورت رخنمون) وجود داشته و تا عمق زمین گسترش می‌یابد و در نوع دوم، ذخیره در سطح، نمودی از خود ندارد و پس از حفر و ورود به عمق مشخصی از زمین، خود را نشان می‌دهد. به‌‌ همین دلیل، شرط حفر زمین و جست‌وجوی معدنی در اعماق زمین، در هر دو حالت یادشده وجود دارد و حفاری در هر دو نوع اکتشاف ذخیره معدنی خود را نشان می‌دهد. در  روش‌های مختلف اکتشاف برای تعیین حدود، ابعاد، اندازه، گسترش ذخیره معدنی زمین، حفاری به شکل‌های مختلفی انجام می‌شود.

لازم به ذکر است که دو روش مستقیم و غیرمستقیم در اکتشافات معدنی مورد استفاده قرار می‌گیرد. در روش‌ مستقیم، رسیدن به ماده معدنی از طریق گمانه‌های اکتشافی حفر شده برای خروج نمونه‌ای از ماده معدنی انجام می‌شود. اما در روش‌ غیرمستقیم، بدون وارد شدن به زیر زمین و دسترسی به مستقیم به آن، عملیات کشف انجام می‌شود. بنابراین تکنولوژی حفاری که در مرحله اکتشاف با معدن عجیبن می‌شود، با حفر گمانه‌ها و چال‌های اکتشافی به مراحل معدنکاری راه یافته است.

 پس از اکتشاف، حفاری جهت تولید ماده معدنی در مرحله بهره‌برداری نیز به‌کار می‌رود. در مرحله تولید، عملیاتی تحت عنوان عملیات واحد تعریف می‌شود. این عملیات شامل شکستن سنگ، جابه‌جا کردن سنگ و حمل سنگ معدنی به سایر بخش‌ها نظیر سنگ‌شکن و کارخانه تغلیظ است. روش‌های تولید ماده معدنی به ابزاری برای خروج سنگ معدنی نیاز دارند، به‌گونه‌ای که این ابزار بتواند با نیروی مکانیکی سنگ را خرد و سپس آن را جابه‌جا کند. بنابراین در این مرحله نیز برای ایجاد چال‌های تولیدی و چال‌های انفجاری، انجام حفاری امری ضروری است. 

حفاری مفاهیم و کاربردهای دیگری نیز در معدنکاری دارد. از آن جمله می‌توان به حفاری مکانیزه در معادن زیرزمینی نظیر زغال‌سنگ و با استفاده از ابزار مکانیکی و یا مجموعه عملیات حفاری برای نصب سیستم¬های نگهداری، آبکشی و غیره اشاره کرد.

اساساً هدف مرحله تولید، کندن و شکستن سنگ با نیروی مکانیکی است. نیروی مکانیکی خود از دو منشا تامین می‌شود: نیروی برآمده از انفجار یا برآمده از ابزار مکانیکی. در نوع اول، گرچه از نیروی انفجار برای شکستن سنگ و قرارگیری ماده منفجره در دل زمین استفاده می‌شود، اما خود این امر به‌معنی ورود حفاری و حفر چال‌‌هایی در زمین و قرارگیری ماده منفجره در آن است. به همین دلیل حفاری، امری جدایی‌ناپذیر از معدنکاری محسوب می‌شود. در مجموع در ذکر اهمیت حفاری و جایگاه آن، می‌توان به حضور گسترده و کلیدی آن در دو مرحله اکتشاف و بهره‌برداری که دو مرحله اساسی از چهار مرحله عمر یک معدن است، اشاره کرد.

تکنولوژی حفاری

تکنولوژی حفاری در معدنکاری متاثر از مواد، هندسه، سیال حفاری، نحوه نصب و طراحی ماشین‌آلات و خودکارسازی عملیات است. آنچه در یک حفاری اتفاق می‌افتد، عملیاتی بین ابزار و سنگ و اندرکنش بین آن‌ها است. در واقع در حفاری اندرکنش نوک ابزار با سنگ معدنی نیز مهم است. مسئله سخت‌کاری و ساخت ابزار مقاوم به سایش، موضوعی حائز اهمیت به‌شمار می‌رود. از این‌رو، افزایش عمر سایشی ابزار یک پارامتر مورد بررسی در ساخت ابزار حفاری تلقی می‌شود. ابزارهای مصرفی در بخش حفاری باید زمان شکستن سنگ‌های سخت نیز مقاومت سایشی و ضربه‌ای خود را حفظ کنند. 

در بین کشورهای شاخص در ساخت تجهیزات مناسب حفاری همراه با کارایی بالا، می‌توان به ایالات متحده (در قاره امریکا)، سوئد و آلمان (در اروپا) و ژاپن (در آسیا) اشاره کرد. در ایران نیز به‌تازگی و در سال‌های اخیر تحقیقاتی روی سرمته‌های حفاری نظیر سرمته‌ها و ابزار کاربید تنگستن آغاز شده است و خط تولید این نوع سرمته‌ها فعال شده است. اما تولیدکنندگان سرمته‌های حفاری در داخل کشور با مشکل عمده ضعف در واحدهای تحقیق و توسعه (R&D) روبه‌رو هستند. وجود یک خط تولید ثابت در این واحدهای تولیدی در رقابت با صاحبان تکنولوژی جهانی، در نهایت ممکن است به جا ماندن از تکنولوژی‌های نو منجر می‌شود.

کاهش انرژی با تکنولوژی نوین حفاری

با توجه به اینکه هر سنگ به انرژی مشخصی برای شکسته‌شدن نیاز دارد، تکنولوژی‌های نوین حفاری می‌توانند این سهم انرژی مصرفی را کم کنند. از این‌رو، اثرگذاری تکنولوژی حفاری بر کاهش میزان مصرف انرژی دریچه‌ای از تحقیقات جدید را به روی محققان گشوده است. چرا که حفاری سهم زیادی از انرژی مصرفی را به خاطر طبیعت و سرشت آن در در معدنکاری‌ به خود اختصاص می‌دهد. کاهش انرژی در حفاری همراه با طرح تکنولوژی‌های جایگزین حفاری مکانیکی مطرح می‌شود. در روش‌های حاضر که روش‌های کلاسیک و مرسومی است، از ابزار مکانیکی فولاد سخت‌شده یا آلیاژهای سخت‌شده استفاده می‌کنند. روش‌های جدیدی که در مرحله آزمایشی در دنیا بررسی می‌شوند، عبارتند از: استفاده از جت آب و شعله، سیستم¬های مایکروویو، پلاسما، لیزر و... که این روش‌ها تاکنون کاربردی عمومی نیافته‌اند. 

هزینه تکنولوژی حفاری در معدنکاری

عمدتاً دو نوع هزینه در معدنکاری وجود دارد: هزینه‌های سرمایه‌گذاری و هزینه‌های عملیاتی. در بین هزینه‌های سرمایه‌گذاری، سهم دستگاه‌های حفاری رقمی حدود 10 درصد از کل این هزینه‌ها را به خود اختصاص می‌دهد و در بخش عملیاتی نیز حدود 15 تا 20 درصد را از آن خود ساخته است. در نگاه کلی به هزینه‌های معدنی، جمع هزینه‌های مرتبط با تجهیزات حفاری رقم بالایی به چشم می‌آید. 

از جمله پارامترهای مهم در معدنکاری و بخش حفاری، شاخص عمر ابزار است. عمر ابزار به‌صورت عمر کاری یک تجهیز یا دستگاه در مدت زمان و یا حجم عملیاتی مشخص تعریف می‌شود. بنابراین هر چقدر تکنولوژی مورد استفاده در حفاری، جدیدتر و کارایی تجهیز بالاتر باشد، بدون شک شاخص عمر ابزار نیز افزایش می‌یابد که این مسئله به‌نوبه خود بر کاهش هزینه کل تولید واحد معدن‌ تاثیرگذار است و سهم تکنولوژی حفاری در کاهش قیمت تمام‌شده یک محصول معدنی به‌خوبی مشاهده می‌شود. 

نیاز به تکنولوژی، تجهیزات و یا روش‌های جدید هم‌زمان با بروز دشواری‌ها و پدیدار شدن آن‌ها آشکار می‌شوند. با حرکت به سمت جلو و پیش‌روی در بهره‌برداری از معادن، شرایط معدن سخت‌تر از گذشته می‌شود. چرا که هم‌زمان با فاصله گرفتن از استخراج مواد معدنی از سطح زمین، باید ناخواسته به سمت حفاری از اعماق بیشتر و شرایط کاری سخت‌تر حرکت کرد. در همین حال، فاصله گرفتن از سطح، تمایل به استفاده از تکنولوژی جدیدتر را برای موفقیت در بهره‌برداری معدنی به‌همراه دارد. از این‌رو می‌توان گفت هر چه عمق زیاد‌تر و نیازمندی به شکست سنگ به¬ویژه¬ در سازند‌های سخت‌تر بیشتر شود، نیاز به ساخت تجهیزات با کارایی بالا افزایش می‌یابد.

لزوم حرکت به سمت تکنولوژی‌های نوین حفاری

در حال حاضر در کشورهای پیشرفته، سیستم‌های کنترل کامپیوتری، کنترل از راه دور، تکنولوژی GPS روی دریل¬های معادن سطحی، جامبو¬های چند بازویی با کنترل کامپیوتری در معدنکاری زیرزمینی و مشابه آن در عملیات حفاری معادن استفاده می‌شود. اما این سیستم‌ها بسترهای مصرفی خاص خود را دارند و به‌راحتی در کشورهایی نظیر ایران قابل استفاده نیستند. در کشورهایی که واحد HSE سخت‌گیرانه و نیرونی انسانی گران‌قیمتی دارند، ایجاد سیستم مکانیزه و خودکار از کارایی بالاتری برخوردار است. استفاده از این مکانیزم‌ها در محیطی با کار تکرارپذیر و استفاده کمتر از نیروی انسانی رخ می‌دهد. همچنین در مکان‌هایی که به کنترل، نظارت و راهبری دقیق¬تر و بهینه¬سازی راندمان حفاری نیاز دارند، به‌کارگیری سیستم اتوماسیون مفید واقع می‌شود. خطای انسانی با کمک این سیستم‌ها کاهش و در نهایت راندمان کاری نیز افزایش می‌یابد. در ایران همچنان استفاده از سیستم اپراتوری و بدون کنترل کامپیوتری برقرار است. 

با وجود سیستم‌های مکانیزه در برخی از کشورها و بین تکنولوژی‌های مکانیکی نوین، تکنولوژی PDC (Polycrystalline Diamond Compact) در شرایط سازندهای سخت در اعماق زیاد استفاده می‌شود. با افزایش هر چه بیشتر عمق ذخایر معدنی، حفر چال‌های عمیق‌تر نیاز است. این مسئله خود منجر به استفاده بیشتر از ابزار با دوام بیشتر در اعماق زیاد می‌شود. لازم به ذکر است که در ایران تکنولوژی PDC مرسوم نیست و همچنان ابزار کلاسیک حفاری به‌کار می‌رود. به‌طور کلی آینده استفاده از تکنولوژی‌های روز در ایران، در گرو  دو موضوع است: نخست آنکه در آینده اکتشاف و حفاری به سمت استخراج مواد از اعماق بیشتر می‌رود و این امر محتاج تکنولوژی جدید است. دوم اینکه باید به سمت مشارکت‌ها و برقراری روابط بین‌المللی وسیع¬تر با شرکت‌های پیش‌رو در ساخت تجهیزات حفاری حرکت کرد.

بسترهای توسعه حفاری ایران

بستر اصلی و مورد نیاز پیشرفت تکنولوژی حفاری در ایران، تقویت واحدهای تحقیق و توسعه است. این واحدها نباید از توسعه جهانی عقب بمانند. بنابراین هم‌زمان با پیشرفت دانش‌فنی جهان، باید خط تولید خود را ارتقا دهند. اگر خط تولید واحدهای تولید سرمته و ابزار‌ حفاری در داخل کشور، تنها روی یک محصول خاص باقی بماند، دچار عقب‌ماندگی از توسعه دنیا می‌شوند. بنابراین نقص مشاهده‌شده در واحدهای تحقیق و توسعه داخل، نشات گرفته از تحقیق تک بعدی و یک موضوعی است. چرا که در دنیا علاوه بر توسعه ساخت انواع سرمته‌های هارد متال، کار بر روی گریدهای جدید کاربید تنگستن برای افزایش عمر سایشی ابزار، کامپوزیت¬های TSP،  نسل جدیدی از تکنولوژی سخت‌کاری سطحی با نیترید تیتانیوم و استفاده از سرمته‌های هوشمند حفاری نیز در دست اجرا و توسعه قرار گرفته است. در کشورهای توسعه‌یافته برای پیشرفت در زمینه حفاری، هسته‌های تحقیقاتی برای رشد بخش معدنی راه‌اندازی شده‌اند. در ایران نیز احداث مراکز آزمایشگاهی حفاری مکانیزه در واحدهای علمی دانشگاهی نظیر آزمایشگاه حفاری مکانیزه در بخش مهندسی معدن دانشگاه تربیت مدرس می‌تواند موثر واقع شود. البته قابل ذکر است که ارتباط دوسویه آن‌ها با مرکز تولیدی در ایران، بیش از پیش از عقب‌رفت علمی این مراکز جلوگیری خواهد کرد. پویایی صنعت حفاری کشور به تقویت واحدهای تحقیق و توسعه، کاربردی کردن موضوع‌های تحقیقاتی مراکز علمی، شناسایی صحیح چالش‌های صنعت حفاری و نزدیک شدن مراکز صنعتی و معدنی با مراکز علمی نیازمند است. 

 

گفت و گوها

ماهنامه اخبار فلزات

cache/resized/a88afb2e5de6abe3f650d83fa09e28ee.jpg
چهل و نهمین شماره هفته‌نامه الکترونیکی پایگاه
cache/resized/5cc87f56bb103a1caa0110d14b7fc327.jpg
چهل و هشتمین شماره هفته‌نامه الکترونیکی پایگاه
cache/resized/c141fc836a5382ce9abebc9b5e91ec94.jpg
چهل و هفتمین شماره هفته‌نامه الکترونیکی پایگاه
cache/resized/6c220d3a8bcde9f0ffa06402fad1f7cc.jpg
چهل و ششمین شماره هفته‌نامه الکترونیکی پایگاه
cache/resized/15fa68ba0f5da770c0543626ce041543.jpg
سرمقاله/ عبدالوهاب سهل‌آبادی/ رئیس خانه صنعت،
cache/resized/b7f512f115ec95fd20cd5ed4e7c0c2c2.jpg
چهل و پنجمین شماره هفته‌نامه الکترونیکی پایگاه
cache/resized/e6d4a9ee9638771f9e0d18b472b7ceab.jpg
چهل و چهارمین شماره هفته‌نامه الکترونیکی پایگاه
cache/resized/af980bc3bfd78b60a778dabb7ae438ee.jpg
چهل و سومین شماره هفته‌نامه الکترونیکی پایگاه
Template Settings

Color

For each color, the params below will give default values
Black Blue Brow Green Cyan

Body

Background Color
Text Color
Layout Style
Select menu
Google Font
Body Font-size
Body Font-family