عمليات آتشباری معادن در محيط‌های مرطوب و آبدار (استفاده از آنفو سنگين در چال‌ها آبدار)

مواد منفجره صنعتی رايج در عمليات آتشباری معادن روباز

يکی از مواردی که در اجرا، بين معادن بزرگ و کوچک با هم تفاوت دارد، نحوه انجام عمليات آتشباری و نوع مواد منفجره مورد استفاده در محيط‌های مرطوب و آبدار هست. اصلی‌ترين و پرمصرف‌ترين ماده منفجره صنعتی مورد استفاده در بيش از 95 درصد معادن روباز دنيا، ماده منفجره آنفو هست. آنفو يا Ammonium Nitrate Fuel Oil، مخلوط نیترات آمونیوم و سوخت مایع است که به دليل ارزانی و ایمنی زیاد به مقدار وسیعی در معادن روباز دنيا مصرف می‌شود.

آنفو شامل 94 درصد نیترات آمونیوم و 6 درصد سوخت مايع است که دانه‌های نيترات آمونيوم آن با مواد ویژه ضد کلوخه شدن يا Anticake (مثل اسیدسولفوریک، F.F.A و یک نوع ماده آلی که بر اساس ساختمان اسیدهای چرب تولیدشده) پوشیده شده تا هم از به هم چسبیدن دانه‌های نیترات آمونيوم و کلوخه شدن آن‌ها جلوگیری گردد و هم باعث استحکام کافی اين دانه‌ها در برابر تغییرات درجه حرارت و تغییرات درصد رطوبت شوند.

اما مهمترين ضعف آنفو عدم مقاومت اين ماده منفجره در برابر آب و رطوبت بوده و به همين دليل در مدت زمان کوتاهی می‌تواند در آب حل شده و خاصيت انفجاری خود را از دست بدهد. به همين دليل استفاده از آنفو در عمليات آتشباری چال‌های آبدار به روش معمول امکان‌پذير نبوده و يا از راندمان بسيار کمی برخوردار می‌باشد.

آنفو پرمصرف‌ترين مواد منفجره صنعتی در معادن روباز

مشخصات عملياتی مواد منفجره صنعتی آنفو

مواد منفجره صنعتی ضد آب مورد استفاده در معادن بزرگ (اسلاری، امولاسيون)

در معادن بزرگ روباز در صورت آبدار بودن چال‌های آتشباری از مواد منفجره ضدآب مثل اسلاری (Water gels و Slurries) يا امولاسيون‌ها (Emulcion) استفاده می‌کنند اما مواد منفجره اسلاری يا امولاسيون‌ها به دليل خاصيت ژله‌ای يا شبيه مايع بودن که دارند هم حملشون سخت هست و هم مدت زيادی بعد از توليد نميشه اون‌ها رو نگهداري کرد. ضمن اينکه هزينه توليد اين مواد خيلی گرانتر از آنفو می‌باشد. اسلاری‌ها (ژل‌های انفجاری) مخلوطی از نیترات‌ها مانند نیترات آمونیوم و نیترات سدیم و سوخت می‌باشند که آن‌ها را با انواع صمغ يا موم و سایر افزودنی‌ها در برابر آب مقاوم می‌کنند.

بعد از مواد اسلاری مواد امولسیون به بازار آمدند. این مواد قدرت بیشتری داشتند و مقاومت آن‌ها در برابر آب هم بسیار بیشتر بود. امولسیون مایعی است که ذرات روغن به طور یکنواخت در داخل آن پخش شده‌اند. ترکیب امولسیون به صورت 18% آب، 81% آنفو و 1% امولسیفایر (Emulcifire) می‌باشد.

امولسیون مانند اسلاری‌ها به صورت ژل نمی‌باشد به همین خاطر قابلیت پمپاژ بهتری دارند. البته این مواد معایبی نیز دارند مثلاً باید دقت کرد تا ته چال انفجاری ریزشی نباشد زیرا مواد ریزشی با امولسیون مخلوط شده و آن را آلوده می‌کنند و در نتیجه افت راندمان و ایجاد پاشنه در پله اتفاق می‌افتد. همچنین این مواد در درجه حرارت پایین آلتره می‌شود.

جدول ترتيب زمانی توليد مواد منفجره صنعتی در دنيا

ماده منفجره اسلاری برای استفاده در چال‌های آبدار

جدول مشخصات ماده منفجره ضد آب اسلاری

جدول مشخصات ماده منفجره ضد آب امولاسيون

مشکل عدم امکان استفاده از اسلاری و امولاسيون در معادن متوسط و کوچک

همان‌طور که گفته شد مواد منفجره اسلاری يا امولاسيون‌ها به دليل خاصيت ژله‌ای يا شبيه مايع بودنی که دارند هم حمل آن‌ها دشوار است و هم مدت زيادی بعد از توليد نمی‌توان آن‌ها را نگهداری کرد.

به همين دليل با توجه به مشکلات حمل و نقل اين مواد و مدت زمان بسيار کم نگهداری آن‌ها (فاصله توليد تا مصرف)، در معادن بزرگ مثل سنگ آهن گل گهر، مس سرچشمه و يا سنگ آهن چادرملو و … کارخانه‌های توليد اسلاری و امولاسيون‌ها در مجاورت خود اين معادن ساخته شده و با استفاده از ماشين‌های حمل مخصوص (اموليشن تراک)، اين مواد در زمان عمليات آتشباری به معدن منتقل می‌گردد.

نحوه شارژ امولاسيون در چال‌های آتشباری آبدار در معادن بزرگ با استفاده از اموليشن تراک

اما براي عمليات آتشباری چال‌های آبدار در معادن متوسط و کوچيک اولاً ساخت اين کارخانه‌ها امکان‌پذير نبوده و اصلا توجيه اقتصادی نداشته و ثانياً حتی بر فرض محال و به صرفه بودن حمل اين مواد از کارخانه‌های نزديک آن‌ها، در بيشتر مواقع به دليل عدم فراهم بودن شرايط فضاي کاری در پترن‌های معادن متوسط و کوچيک، عملاً امکان بکارگيري اين ماشين آلات در اين معادن وجود ندارد.

به همين دليل در معادن متوسط و کوچيک در آتشباری چال‌های آبدار از روش‌های ديگری نظير استفاده از لوله پليکا، کيسه‌های ضد آب و در يکي دو سال گذشته (البته در ايران) از ماده جديدي به نام آنفو سنگين استفاده می‌شود.

استفاده از آنفو سنگين در آتشباری چال‌های آبدار معادن متوسط و کوچک مقياس

روش‌های آماده‌سازی چال‌های آتشباری آبدار در معادن کوچک و متوسط

روش اول: استفاده از پمپ باد برای تخليه آب درون چال‌های آبدار در معادن متوسط و کوچک

با توجه به اختلاف قيمت آنفو با آنفو سنگين، بهترين گزينه اين است که تا جايی که امکان دارد از روش‌های جايگزين استفاده شود. اولين و ارزان‌ترين روش خالی کردن چال‌های آبدار با استفاده از کمپرسور هوا و سپس شارژ چال‌های آتشباری با آنفو معمولي هست. اين روش درشرايطی که چال‌های آتشباری در اثر بارندگی پر شده باشند مخصوصاً در فصل بهار که حجم بارندگی‌ها زياد است و يا درمناطق کوهستانی و پر باران، بهترين روش ممکن است.

از اين روش در شرايطی که سرعت نفوذ آب‌های زيرزمينی به درون چال‌ها خيلی کم باشد (در حد بيشتر از چند ساعت) هم می‌توان استفاده کرد. اما همان‌طور که گفته شد بايد سرعت پر شدن چال‌ها پس از خالی کردن آب با استفاده از پمپ هوا کمتر از مدت زمان شارژ چال‌ها، گل‌گذاری، بستن مدار و نهايتاً عمليات آتشباری باشد. برای درک اين موضوع اول بايد بدانیم که زمان شارژ يک پترن آتشباری از شروع شارژ تا زمان انفجار چقدر طول خواهد کشید.

مدت زمان انجام عمليات يک پترن آتشباري از شارژ چال ها تا انجام انفجار

مراحل آتشباری يک پترن حفاری شده در عمل به طور کلی به 4 بخش اصلي تقسيم می‌شود که زمان انجام کليه اين مراحل از حداقل يکی دو ساعت تا يک روز کامل و حتی در برخی شرايط خاص (صعب العبور بودن و دسترسی سخت به پترن، شرايط آب و هوايی، کم بودن نيرو و …) تا دو روز کاری هم ممکن زمان ببرد.

شارژ چال‌ها با آنفو (دستی يا مکانيزه)
گل گذاری (سنتی يا اصولی)
بستن مدار (الکتريکی، نانل يا فتيله انفجاری)
ايمن‌سازی منطقه و انجام انفجار

يکی از زمان‌برترين بخش‌های اين مراحل، انتقال آنفو به سر چال‌ها و شارژ آن به درون چال‌های آتشباری هست. در معادن بزرگ با توجه به قطر بزرگ چال‌ها و مقدار آنفو (از 10 تن تا 20 يا 30 تن) اينکار با آنفو تراک انجام می‌شود اما در معادن کوچک اينکار بايد به صورت دستی انجام شود، ابتدا گونی‌های آنفو توسط کارگران به سر چال‌ها منتقل می‌شود و سپس آنفو به درون چال‌ها ریخته شده و با لوله‌های مخصوص متراکم می‌شود.

هر چه توپوگرافي خشن‌تر، تعداد کارگرها کمتر و قطر چال‌ها کوچکتر باشد (در نتيجه تعداد چال‌ها بيشتر باشد)، زمان انجام اينکار طولانی‌تر خواهد شد. در معادن کوچک و متوسط حداقل زمان لازم برای شارژ دستی از 2 ساعت تا 8 ساعت ممکن است متغیر باشد (براي شارژ يک پترن 10 تن).

اگر نرخ نفوذ آب به درون چال‌ها بيشتر از 8 تا 10 ساعت باشد و شرايط به شما اجازه بدهد در کمتر از يکی دو ساعت چال‌ها رو شارژ کنيد، باز هم می‌توانيد از روش استفاده از پمپ هوا برای تخليه آب درون چال‌ها استفاده کنيد و در نهايت در اين نوع پترن‌ها نیز از آنفو معمولی استفاده کنيد.

شارژ چال‌های آتشباری با آنفو تراک در معادن بزرگ مقياس

شارژ دستی کيسه‌های آنفو در معادن متوسط و کوچک مقياس و شارژ با تراک آنفو در معادن بزرگ

شارژ همزمان با دو دستگاه آنفو تراک در شارژ يک پترن با 30 تن ماده منفجره

شارژ چال‌های آتشباری با آنفو تراک در يک معدن سنگ آهن

حداکثر مواد منفجره مجاز به آتشباري در هر مرحله در معادن متوسط و کوچک

اين نکته اجرايی رو دوستانی که تازه وارد بازار کار می‌شوند در نظر داشته باشند که برای معادن کوچک و متوسط که انباره مواد ناريه ندارند، در هر مرحله آتشباری فقط مجوز حمل 10 تن مواد منفجره داده می‌شود و در نتيجه در زمان طراحی پترن‌های آتشباری، در تعيين تعداد چال‌ها (با توجه به قطر و عمق آن‌ها) محدوديت داريد.

مثلا در يک معدن سنگ آهن در حفاری بخش باطله و ماده معدنی در صورتی که قطر چال‌های آتشباری شما 76 ميليمتر باشد حداکثر 3000 متر حفاری و با قطر 90 ميليتر حداکثر 2200 متر حفاري می‌توانید داشته باشيد. (البته اين متراژ به عوامل زياد اعم از ابعاد شبکه، ميزان گل‌گذاری، ميزان سختي و … بستگی دارد)

ده تن مواد منفجره که به آن اشاره شد بايد در همان روز استفاده شود و در صورت زياد آمدن مواد منفجره (از هر نوع اعم از آنفو، چاشنی، بوستر، فتيله و …) بايد همان جا و با حضور مامور نيروی انتظامی اسکورت محموله، مواد اضافی منهدم شود.

پس به نکته خیلی خیلی توجه داشته باشید که اگر محاسبات شما اشتباه باشد ممکن است مواد منفجره زياد بياید و هزينه اجرای عمليات آتشباری بر حسب تناژ توليدی بيشتر از حالت نرمال شود.

اگر قطر چال‌های آتشباری بزرگ باشد ممکن است با توجه به توان کمپرسور، امکان استفاده از پمپ باد برای تخليه آب وجود نداشته باشد و بايد از پمپ‌های مکنده آب استفاده کرد.

روش دوم: استفاده از لوله پليکا برای شارژ آنفو در چال‌های آبدار

همانطور که گفته شد در صورتی که سرعت نفوذ آب‌های زيرزمينی به درون چال‌های آتشباری زياد باشد و امکان تخليه آن‌ها با استفاده از پمپ باد (کمپرسور) و يا پمپ هاي مکنده نباشد، در اکثر معادن متوسط و کوچک از لوله پليکا براي شارژ چال‌های آتشباری با آنفود استفاده می‌شود.
در اين روش ته لوله پليکا را کامل مسدود کرده تا آب به داخل آن نفوذ نکند سپس لوله پليکا را داخل چال آبدار قرار می‌دهند و داخل آن را با آنفو پر می‌کنند. استفاده از اين روش هم هزينه و هم زمان اجرای عمليات آتشباری را به میزان قابل توجهی افزايش داده و به دليل کاهش ميزان خرج‌گذاری، پارامترهای حفاری و آتشباری را تحت تاثير قرار می‌دهد.

بکارگيري لوله پليکا برای شارژ آنفو در چال‌های آبدار در معادن متوسط و کوچک

استفاده از لوله پلیکا برای شارژ آنفو در چال‌های آبدار، معدن طلای موته

مشکلات و معايب استفاده از لوله پليکا

آماده‌سازی (بستن ته لوله)، برش لوله‌های پليکا (به اندازه ارتفاع چال) و جاگذاری آن‌ها درون چال‌های آبدار کار بسيار سخت و زمان بری می‌باشد، ضمن اينکه فشار آب درون چال سعی در خارج کردن لوله از درون چال دارد. در زمان حمل و نقل لوله‌های پليکا و جا زدن آن‌ها درون چال، امکان شکستن و ترک خوردن آن‌ها وجود دارد.

با توجه به متفاوت بودن عمق چال‌ها با طول هر شاخه لوله پليکا، متراژ لوله‌های موردنياز مي‌تواند بسيار بيشتر از مجموع طول چال‌های حفر شده باشد. به‌عنوان مثال در آتشباری چال‌های 5 متری هميشه يک متر از هر شاخه 6 متری لوله پليکا هدر می‌رود. در زمان گل‌گذاری، به دليل کاهش اصطکاک بين گل‌گذاری و ديواره درون لوله نسبت به ديواره طبيعی چال، بايد گل‌گذاری را با دقت بيشتري انجام داد. به دليل کاهش قطر چال به اندازه قطر لوله پليکا، ميزان خرج‌گذاری به ازای مترمکعب توليد سنگ کاهش پيدا می‌کند و به همين دليل برای جلوگيری از کاهش قدرت انفجار، بايد ابعاد شبکه حفاري را کمی کاهش داد.

استفاده از کيسه‌های ضد آب به جای لوله پليکا در چال‌های آبدار

در برخي از معادن از کيسه‌های ضدآب يا کيسه‌های پارافينی بجای لوله پليکا استفاده می‌شود. در اين روش آنفو درون کيسه‌های ضدآب قراداده شده و سپس اين کيسه‌ها درون چال‌های آبدار قرار داده می‌شوند. مهم‌ترين مشکل اين روش، پاره شدن کيسه‌ها در زمان قراردادن درون چال به دليل برخورد با قطعات تيز سنگ درون ديواره چال‌ها می‌باشد. هرچه قطر چال‌های آتشباری کمتر باشد، شرايط بکارگيری لوله‌های پليکا يا کيسه‌های ضدآب سخت‌تر می‌گردد.

استفاده از کيسه‌های پارافينی يا کيسه‌های ضد آب برای شارژ آنفو در چال‌های آبدار در معادن متوسط و کوچک

آنفو سنگين (Heavy Anfo) چيست؟

آنفو سنگين يکی از جديدترين مواد منفجره ضد آب می‌باشد که ترکيبی از آنفو و امولسيون‌های انفجاری (مواد انفجاری ضد آب) می‌باشد. ميزان ترکيب اين دو ماده بسته به نياز مشتری نسبت به هم متفاوت بوده و از نسبت 50 -50 تا نسبت 20 آنفو – 80 امولسيون متغير می‌باشد. هر چه درصد امولسيون بيشتر باشد مقاوت آن نسبت به آب بيشتر خواهد شد.
دانسيته آنفو سنگين بيشتر از دانسيته آنفو بوده و در صورت ريخته شدن درون چال‌های آبدار به راحتی به زير آب فرو رفته و در ته چال قرار می‌گيرد. ماده آنفو و همينطور آنفوی سنگين هر دو غير حساس به چاشنی بوده و برای انفجار حتماً به عامل قوی‌تری نظير بوستر نياز داشته و البته تركيب اين دو ماده و استفاده همزمان بعنوان خرج اصلی با توجه به تفاوت سرعت و قدرت انفجاری آن‌ها هم توصيه نمی‌گردد.

نسبت مخلوط کردن آنفو با امولاسيون در توليد آنفو سنگين و اثرات آن

توليد آنفو سنگين در ايران

آنفو سنگين در ايران در صنايع شيميايی پارچين با نام تجاری تندر 6000 توليد می‌گردد. اين محصول به شکل کارتريجی (لوله‌های پلاستيکی کوچک شبيه بسته‌های کالباس) و در قطرهای مختلف بالای سه اینچ (65 و 90 ميليمتری) تولید می‌گردد. شکل ظاهری کارتريج‌های آنفو سنگين کاملا مشابه شکل کارتريج‌های امولايت می‌باشد اما از آنفو سنگين به عنوان خرج اصلی و از امولايت بعنوان خرج کمکی و يا پرايمر و بوستر استفاده می‌گردد. آنفو به صورت پودر و در گونی‌های 30 کيلوگرمی و آنفو سنگين به شکل کارتريج (فشنگی) و در کارتن جابجا می‌گردد که در هر کارتن معمولا 10 تا 24 عدد کارتريج آنفو سنگين قرار دارد.

حمل آنفو در کيسه‌های 30 کيلوگرمی

جعبه‌های محتوی کارتريج‌های آنفو سنگين در آتشباری يک پترن آبدار معدن سنگ آهن در استان کرمان

شکل ظاهری کارتريج آنفو سنگين (تصوير سمت چپ)، شکل ظاهری امولايت (تصوير سمت راست)

نحوه استفاده از آنفو سنگين در چال‌های آبدار

آنفو سنگين چون به شکل کارتريجی (فشنگی) ساخته می‌شود، به راحتی مي‌توان آن‌ها را درون چال قرار داده و در صورت پاره شدن جداره آن‌ها هم هيچ مشکلی برای مخلوط شدن با آب ندارند و حتي در برخی موارد برای بالا بردن خرج ويژه خود آتشبار به صورت دستی و با استفاده از چاقو اقدام به پاره کردن کيسه آن‌ها و سپس قرار دادن آن‌ها در چال می‌کند (در مقالات آینده به این مبحث به طور مفصل پرداخته خواهد شد).

براي شارژ چال‌ها، کارتريج‌های آنفو سنگين را به راحتی يکی يکی درون چال انداخته و با توجه به دانسيته آنفو سنگين، به زير آب فرو رفته و در ته چال قرار می‌گيرند مگر اينکه ديواره چال در برخي نقاط ريزش کرده باشد که در اين مواقع بايد با استفاده از لوله‌های مخصوص شارژ آن‌ها رو به سمت پایين‌تر هدايت کرد.