بررسی روش های استخراج سنگ گرانیت درایران
1395/08/09 

1-مقدمه

سنگهای تزئینی یکی از مهمترین ذخائر معدنی کشورند که در صورت توجه و استفاده مناسب از این ذخائر می­توانند علاوه بر رفع نیاز داخلی، بخش مهمی از صادرات غیر نفتی این کشور محسوب گردند و درآمد چشمگیری را برای این کشور به ارمغان آورند.

دسته­ای از سنگهای تزئینی، سنگهای گرانیتی می­باشند، سنگ گرانیت به معنای تجاری سنگی مقاوم و سخت است که می­تواند جزء سنگهای آذرین درونی، بیرونی و یا متامرفیک باشد. ] 1  [این سنگها بسیار بادوام و زیبا هستند، در مقابل فرسودگی یا پوسیدگی، هوای آلوده شهرها و بارانهای اسیدی مقاومند و نگهداری آنها دشوار نیست. به طور کلی گرانیت رقیب بزرگ سایر مصالح ساختمانی است. در حال حاضر استخراج سنگهای تزئینی سخت (گرانیتها) به علت سایندگی و مقاومت بالای این سنگها با مشکلاتی همراه است و باعث شده است که هزینه استخراجی این دسته از سنگهای تزئینی بیشتر از سایر سنگهای تزئینی شود، استفاده نکردن از روش استخراجی مناسب، استخراج غیر اصولی و کار غیر علمی در معادن سنگهای تزئینی، از عوامل دیگری هستند که افزایش هزینه استخراجی را باعث می­شوند. از اینرو در این مقاله سعی شده است تا با نگرشی علمی بر روشهای استخراجی سنگهای تزئینی و بررسی آنها و با توجه به مشخصات فیزیکی و مکانیکی سنگهای تزئینی گرانیتی و پارامترهای اقتصادی، روشهای استخراجی مناسب برای اینگونه سنگها شناسائی شوند.

2- مشخصات سنگهای تزئینی گرانیتی

گرانیت در پوسته جامد زمین به وفور یافت می‌شود و حدود 50% از سنگهای آذرین درونی را شامل می‌گردد، کانیهای اصلی آن میکا، کوارتز و فلدسپاتها می­باشند  و از نظر ترکیبات شیمیایی محتوی حدود 65 تا 70 درصد اکسید سیلیسیم و 14 تا 15 درصد اکسید آلومینیوم به اضافه اکسیدهای آهن، سدیم، پتاسیم، کلسیم، منیزیم و تیتان می‌باشد. سنگی است بسیار سخت که حتی در اشعار و ادبیات جهان وجه مقایسه قرار گرفته است .

در تجارت سنگهای تزئینی واژه گرانیت به هر سنگ آذرین (نفوذی، خروجی و متامورفیک) که قابل برش و ساب و صیقل باشد گفته می‌شود . این سنگها عمدتاً، گرانیت، گنایس، گنایس گرانیتی، سینیت، منزونیت، گرانودیوریت را شامل می‌شوند. گرانیت در رنگها و طرح های جذاب و زیبا وجود دارد، به همین سبب استفاده از آن در نمای خارجی و سطوح صیقلی و ظریف داخل بناها بیشتر مورد توجه واقع شده است. در حال حاضر، طیف بسیار وسیعی از انواع گرانیت در رنگ های سیاه و سبز زیتونی تیره، قرمز و صورتی خال خال با جلای نقره ای تا تقریبا" سفید در دسترس است.  دلایل بسیاری برای سودمندی گرانیت وجود دارد که به طور خلاصه می­توان از استحکام، دوام زیاد، و زیبائی و چشم نوازی آن نام برد. گرانیت در مقابل فرسودگی یا پوسیدگی، هوای آلوده شهرها و بارانهای اسیدی مقاوم است و نگهداری آن دشوار نیست. اگر به صورت کفپوش به کار رود فرسوده نمی شود و اگر در فضای باز به کار برده شود، تغییرات دما و یخبندان در ساختار کانی شناختی آن تاثیری ندارد. به علاوه، ضریب جذب آب گرانیت کم است، در نتیجه نمک های بارش جوی اثر محسوسی در آن نمی­گذارند .

در ساختمان های شهری، استفاده از گرانیت مزایای آکوستیک نیز دارد. به علاوه، در برنامه های حفظ انرژی حرارتی داخل ساختمان، گرانیت نیز استفاده می شود .با توجه به بررسیهای انجام شده بر روی مشخصات فیزیکی و مکانیکی سنگهای گرانیتی و همچنین معادن سنگهای گرانیتی ایران نتایج زیر حاصل می­شود:

1-در تجارت سنگهای تزئینی واژه گرانیت به هر سنگ آذرین (نفوذی، خروجی و متامورفیک) که قابل برش ساب و صیقل باشد گفته می‌شود به همین علت دسته وسیعی از سنگها جز‍ء این خانواده قرار خواهند گرفت

2-وجود کوارتز در سنگ گرانیت باعث بالا رفتن مقاومت گرانیت و سایندگی آن می‌شود و این امر باعث می‌شود که استخراج گرانیت نسبت به استخراج سنگهای تزئینی دیگر (سنگهای نرم) مشکلتر باشد 3-کانی گروه میکا که جزء کانیهای اصلی گرانیت می­باشد بشکل صفحه‌ای است و سختی آن در جهت صفحه کانی و عمود بر آن متفاوت است

4-اکثر فلدسپاتها که جزء اصلی گرانیت هستند دو کلیواژ خوب عمود بر هم دارند .

5-اکثر گرانیتها بصورت توده‌ای (باتولیت و استوک) هستند .

-وجود فولیاسیون اولیه در بعضی از سنگهای گرانیتی باعث می‌شود گرانیت در بعضی جهات راحت‌تر بریده یا شکافته شود.

  1. وجود ریفت و گرین در اکثر سنگهای گرانیتی دو جهت را نشان می‌دهد که سنگ گرانیت در آن دو جهت راحت‌تر بریده یا شکسته می‌شود .
  2. در سنگ گرانیت هرچه اندازه دانه‌ها بزرگتر باشد، مقاومت سنگ کاهش می‌یابد ولی شکنندگی وترد بودن سنگ افزایش می‌یابد چرا که سطوح کلیواژ در سنگها با دانه‌های بزرگ بیشتر است .
  3. سنگ گرانیت سنگی است که توسط چالهای موازی و پارس گوه بسیار قواره پذیراست
  4. اگر گرانیت درشت دانه باشد و بلورهای فلدسپات بزرگ داشته باشد، مقاومت خمشی آن از شکنندگی فلدسپات تاثیر می­گیرد. اگر فلدسپات کلیواژ باز داشته باشد، که نفوذ و انجماد آب را امکانپذیر کند، آنگاه ضریب جذب آن بزرگ خواهد بود. اگر گرانیت یکنواخت و ریزدانه باشد، نتایج آزمون های خمشی با ثبات(یعنی در مقابل خمش مقاومت خوبی از خودش نشان می­دهد)، و ضریب جذب کوچک است .
  5. اکثر سنگهای گرانیتی ایران از نوع گرانیت، گرانودیوریت، کوارتزسینیت و میکرودیوریت می­باشند
  6. دانسیته میانگین سنگهای تزئینی ایران  76/2 گرم بر سانتیمتر مکعب می­باشد .
  7. مقاومت فشارشی سنگهای گرانیتی ایران بین 5/107 ( گابرو اردستان ) تا 218 ( آمفیبولیت شیست خزر ) مگا پاسکال می­باشدواین سنگها مقاومت سایشی بین 4/34 تا 9/99( سختی ) دارند .

3- انتخاب روشهای استخراجی

برای انتخاب روش استخراج سنگ گرانیت لازم است به این نکته توجه شود که روش انتخابی علاوه بر کارائی در سنگهای سخت شرایط زیر را دارا باشد:

  • قابلیت صادرات
  • بودن روش در ایران
  • کمتر صدمه رساندن به ذخائر
  • و موجود بودن تکنولوی آن در ایران

بر طبق این پارامترها ، روش استخراجی سیم برش الماسه از بین روشهائی که نیاز به دستگاه برش دارند و روش پارس و گوه دستی از بین روشهائی که از چالهای موازی استفاده می­کنند به عنوان روشهای استخراج سنگ گرانیت انتخاب می­شوند.

4- بررسی اقتصادی روشهای استخراجی سنگهای گرانیتی

در این مبحث، روشهای استخراجی سیم برش الماسه و پارس و گوه به عنوان دو روش استخراجی قابل اجرا‍ء در سنگهای گرانیتی از نظر اقتصادی مقایسه می­شوند  .

4-1- اصول کلی براورد اقتصادی

الف) در محاسبات اقتصادی تنها هزینه‌های تولیدی منظور شده و از برآورد هزینه‌های جنبی خودداری شود.

ب) به علت حذف هزینه‌های مشابه در روشهای مورد بررسی، فعالیتهایی که عموماً در روشهای مختلف به شکلی یکسان اجرا شده یا قابل اجرا هستند حذف شوند.

ج) هزینه سرمایه‌گذاری اولیه در محاسبات مربوط به نرخ بازگشت سرمایه‌اولیه مورد بررسی قرار گیرد.

4-2- پارامترهای ورودی

4-2-1- از آنجا که سنگ گرانیت از نظر تجاری دامنه وسیعی از سنگها را در بر می‌گیرد، لذا لازم است که تدبیری اندیشیده شود که بتوان بررسی اقتصادی را به تمام سنگهای گرانیتی نسبت داد از این رو از تقسیم­بندی سنگ گرانیت که توسط شرکت آرکوفیل(Arcofil ) ارائه شده استفاده خواهد شد. این شرکت سنگ گرانیت تجاری را بر اساس سرعت برش سیم برش الماسه در آنها، به 5 گروه تقسیم بندی کرده است 

 4-2-2- از آنجا که اندازه بلوک استخراجی نقش بسزائی در هزینه‌های استخراجی دارد لازم است که برآورد هزینه‌های استخراجی برای بلوکهای با اندازه‌های متغیر انجام شود. بهتر است عرض بلوک متناسب با فاصله متوسط درزه ها و مضرب صحیحی از ابعاد سنگ قواره انتخاب شود. از آنجائی که ابعاد سنگ قواره 5/1*5/1*3 متری ] 16 [ انتخاب شده است ابعاد بلوک اولیه مقادیر 3 متری در نظر گرفته شده است.

4-2-3- تولید سالیانه معدن پارامتر بسیار مهمی است که در برآورد هزینه‌های استخراجی لازم است  مد نظر قرار گیرد. به همین منظور تمام بررسیهای اقتصادی برای تولید سالیانه مختلفی انجام شده است و برای هر روش با توجه به تولید سالیانه، دستگاههای اصلی  و هزینه بر مورد نیاز محاسبه شده است.

4-2-3-1- روش استخراجی سیم برش الماسه و قواره­سازی با پارس و گوه

چنانچه در معدنی تولید سالیانه آن تن در سال در نظر گرفته شود لازم است دستگاههای مورد نیاز بر اساس این مقدار تولید سالیانه انتخاب شوند (با توجه به کوپ دهی 70 درصد)، پارامترها و تعداد دستگاههای موردنیاز از فرمولهای زیر بدست می­ آیند.

                                                                                                   

تعداد دستگاه راسول مورد نیاز                                                      

تعداد دستگاه پرفراتور                                                        

تعداد دستگاه سیم برش                                                    تعداد دستگاه کمپرسور

تعداد دشتگاه ژنراتور                                                         سرعت حفاری پرفراتور (متر بر ساعت)

سرعت حفاری دستگاه حفاری راسول (متر بر ساعت)          سرعت برش سیم برش الماسه 

تعداد بلوک استخراجی در سال

4-2-3-2- روش استخراجی سیم برش الماسه و قواره سازی با سیم برش الماسه

پارامترها و دستگاههای موردنیاز از فرمولهای زیر بدست می­آیند:

  4-2-3-3- روش استخراجی با پارس و گوه

چنانچه میزان کوپ دهی این روش 60 درصد در نظر گرفته شود تعداد دستگاههای مورد نیاز اینگونه محاسبه می­شوند:

3-2-4- قیمت سنگ ساختمانی پارامتری است که استخراج یک روش استخراجی را اقتصادی یا غیر اقتصادی می‌کند. به همین منظور سعی شده که این پارامتر مهم در محاسبات اقتصادی مدنظر قرار گیرد. به این ترتیب که برای هر سنگ خاصی و برای هر روش خاصی با توجه به تولید سالیانه متفاوت، قیمت سنگ به گونه‌ای که استخراج سنگ را با آن تناژ و آن جنس سنگ و آن روش خاص اقتصادی باشد، محاسبه خواهد شد

4-2-5-  در معادن سنگ تزئینی عمده سرمایه اولیه صرف خرید ماشین آلات و تجهیزات خواهد شد پس در مرحله اول سرمایه‌اولیه  مورد نیاز برای ماشین آلات  محاسبه شده و برای محاسبه سرمایه‌گذاری جهت تاسیسات که شامل ساختمانهای اداری، تعمیرگاه، انبار، مخزن گازوئیل، مخزن آب، مخزن روغن، مخزن آب شرب و پارس و گوه برای قواره سازی، و غیره ....می­باشد 10 درصد هزینه سرمایه ماشین آلات و تجهیزات در نظر گرفته خواهد شد. 

در مبحث گذشته فرمول هائی ارائه شد که بر اساس آنها تجهیزات اصلی مورد نیاز و تعداد آنها قابل محاسبه می­باشند با توجه به آن مطالب و این نکته که هر معدن به یک بلدوزر نیازمند است، طی فرمول های بدست آمده از مباحث قبلی، برای هر نوع گرانیت با توجه به تولید سالیانه متفاوت، هزینه سرمایه‌گذاری برای ماشین آلات و تجهیزات قابل محاسبه می­باشد. این محاسبات برای هر روش استخراجی تکرار شده است.

توجه شود که در محاسبات هزینه سرمایه‌گذاری اولیه، تنها تجهیزات اصلی نسبتاً گرانقیمت که واقعاً مهم هستند منظور شده است. 

4-3- محاسبه اقتصادی

4-3-1- روش سیم برش الماسه و قواره­سازی با پارس و گوه

- هزینه های پایه

عمرسرمته دستگاه حفاری راسول (متر)                                 عمر سر مته دستگاه حفاری پرفراتور

عمر هر متر سیم برش الماسه ( مترمربع بر متر)                   هزینه برش باعدد دستگاه سیم برش الماسه ( ریال بر متر مربع )

هزینه ساعتیعدد دستگاه کمپرسور ( ریال بر ساعت )

هزینه قواره سازی باعدد دستگاه پرفراتور بدون در نظر گرفتن هزینه هوای فشرده( ریال بر متر مربع )

 - هزینه های استخراجی

  هزینه حفاری واحد حجم سنگ بدون در نظر گرفتن هزینه هوای فشرده ( ریال بر متر مکعب )

هزینه برش سنگ به ازای واحد حجم سنگ ( ریال بر متر مکعب )

هزینه قواره سازی واحد حجم سنگ ( ریال بر متر مکعب )

هزینه هوای فشرده مصرفی برای استخراج واحد حجم سنگ ( ریال بر متر مکعب )

 هزینه کل استخراجی با توجه به تولید سالیانه ( ریال بر متر مکعب )

4-3-2- روش سیم برش الماسه و قواره­سازی با سیم برش الماسه

 هزینه های پایه

 این هزینه­ ها در مبحث قبل محاسبه شده اند، تنها در هزینه قواره­سازی تفاوتی وجود دارد، چرا که عمل قواره­سازی در این روش با سیم برش الماسه انجام می­شود بنابر این همان هزینه برش با دستگاه سیم برش که قبلاً محاسبه شده، درنظر گرفته می‌شود

-هزینه قواره سازی با دستگاه سیم برش الماسه ( ریال بر متر مربع )

- هزینه های استخراجی

-هزینه برش و قواره سازی بلوک با سیم برش الماسه ( ریال بر متر مکعب ).

4-3-3- روش استخراجی با پارس و گوه

- هزینه های پایه

- هزینه های استخراجی

  4-4- ارزیابی سوددهی پروژه

چنانچه تن تولید سالیانه سنگ قابل فروش باشد و نرخ سرمایه ‌گذاری برای تاسیسات و پارس و گوه جهت قواره سازی و سیم برش الماسه، %10 هزینه سرمایه‌گذاری برای ماشین آلات در نظر گرفته شود و سرمایه‌گذاری اولیه ماشین آلات و تجهیزات فرض شود برابر خواهد بود با:چنانچه قیمت میانگین هر تن ماده معدنی فرض شود و هزینه به ازای واحد حجم ماده معدنی باشد آنگاه:

فرمول محاسبه نرخ بازگشت داخلی سرمایه در معدن چنین است  

  هزینه مربوط به سال                                           نرخ بازگشت داخلی سرمایه ( درصد )

ارزش بازمانده ماشین آلات و تجهیزات ( ریال )            سرمایه گذاری اولیه ( ریال )

عمر پروژه ( سال )                                               هزینه استهلاک سالیانه بلدوزر ( ریال بر سال )

با توجه به اینکه عمر پروژه 5 سال فرض شده است و از آنجا که ارزش اسقاطی ماشین آلات به غیر از بلدوزر، صفر در نظر گرفته شده است، با جایگزینی مقادیر فوق در فرمول بالا رابطه زیر بدست آمده است (استهلاک سالیانه بلدوزر به روش 25درصد نزولی محاسبه شده است)

 5- تحلیل اقتصادی

با بررسی روشهای استخراج سنگهای تزئینی و معیارهای انتخاب روش (کاربرد در سنگهای سخت، مجاز به استفاده بودن در ایران، موجود بودن تکنولوژی، قابلیت صادرات و حفظ ذخیره)، از بین روشهای استخراجی با چالهای موازی، روش استخراجی با پارس و گوه و به شیوه دستی انتخاب شده است. از بین روشهای استخراجی دیگر، استخراج با استفاده از سیم برش الماسه انتخاب شده است. چرا که روشهائی چون جت آب، استخراج با استفاده از حرارت و لیزر روشهائی هستند که تکنولوژی آنها در ایران موجود نیست و آوردن این تکنولوژی نیاز به سرمایه گذاری اولیه بسیار زیادی دارد ضمن اینکه روشهائی چون استخراج با ماشینهای هاواژ در سنگهای سخت کارایی ندارند.

در بررسی­های اقتصادی این دو روش استخراجی نتایج زیر حاصل شده است:

 در تمامی روشهای استخراجی، هر چه ابعاد بلوک استخراجی افزایش یابد هزینه ­های استخراجی کاهش خواهند یافت، از آنجا که ابعاد بلوک استخراجی تاثیر بیشتری بر هزینه­ های استخراجی روش استخراجی پارس و گوه نسبت به روش استخراجی سیم برش الماسه می­گذارد. به عبارتی هرچه میزان کاربرد پارس و گوه در معدن افزایش یابد (حتی برای قواره­سازی)، تاثیرابعاد بلوک استخراجی بر هزینه­ های استخراجی افزایش خواهد یافت پس در معادن سنگهای تزئینی سخت تا آنجا که شرایط درزهای منطقه، ایمنی و تجهیزات اجازه دهند بهتر است ابعاد بلوک استخراجی را افزایش داد.

به طور تئوریک (بدون در نظر گرفتن تولید سالیانه معدن) هرچه سنگ سخت ­تر شود، روش استخراجی با پارس و گوه نسبت به روش دیگر کم­ هزینه­ تر خواهد شد این در حالتی است که در سنگهای گرانیتی درجه 1 و 2،روش استخراجی سیم برش الماسه همراه با قواره­سازی با پارس و گوه کم هزینه­ تر خواهد بود. برای گرانیت درجه3 چنانچه ابعاد بلوک استخراجی کوچک انتخاب شود روش استخراجی سیم برش الماسه همراه با قواره­سازی با پارس و گوه، هزینه استخراجی کمتری نسبت به روش استخراجی با پارس و گوه خواهد داشت. در غیر این صورت روش استخراجی با پارس و گوه کم هزینه ­تر خواهد بود.  برای گرانیت درجه4 و5 روش استخراجی با پارس و گوه هزینه استخراجی کمتری خواهد داشت.

در عمل (چنانچه تولید سالیانه نیز در نظر گرفته شود) در روش استخراجی با سیم برش الماسه، با افزایش تولید سالیانه معدن، هزینه­های استخراجی کاهش خواهند یافت، این در حالتی است که نرخ کاهش هزینه­ها در حالتی که از روش قواره­سازی با پارس و گوه استفاده می­شود بیشتر است.  اما در روش استخراجی با پارس و گوه به علت تولید کمی که دارد، با افزایش تولید سالیانه هزینه­های استخراجی افزایش خواهند یافت، با توجه به این مسئله مشخص می­شود که تولید سالیانه معدن نقش مهمی در هزینه­های استخراجی دارد چرا که در روشهای استخراجی با تولید کم برای رسیدن به تولید سالیانه مورد نیاز تجهیزات بیشتری نیاز خواهد بود که در این شرایط هزینه دستگاه ها به ازای تناژ سنگ استخراجی افزایش خواهد یافت و در نهایت باعث افزایش هزینه­های استخراجی خواهد شد.

روشهای استخراجی مناسب برای هر نوع سنگ گرانیت و تولیدات سالیانه متفاوت درج شده است، با توجه به این که در انتخاب روش استخراجی، هزینه سرمایه گذاری اولیه نیز لحاظ شده است. با توجه به این مشخص می­شود با افزایش تولید سالیانه معدن، روش سیم برش الماسه با قواره­سازی با پارس و گوه برای هر سنگی بهترین روش استخراجی خواهد بود. ، حداقل قیمت میانگین سنگ استخراجی را طوری که استخراجش با روش انتخابی، اقتصادی باشد (نرخ داخلی بازگشت سرمایه حداقل %20)، نشان می­دهد. با استفاده از جداول می­توان برای هر سنگ با توجه به ارزش آن در بازار، روش استخراج مناسبی انتخاب کرد.

 Sp : روش استخراجی سیم برش الماسه با قواره­سازی با پارس و گوه.

P : روش استخراجی پارس و گوه

جدول 5- حداقل قیمت میانگین سنگ با توجه به جنس سنگ و تولید سالیانه متفاوت.

6- نتیجه گیری

1-    چنانچه روش استخراجی سیم برش الماسه باشد با افزایش تولید سالیانه هزینه استخراجی کمتر می­شود.

2- چنانچه روش استخراجی استفاده از پارس و گوه باشد با افزایش تولید سالیانه هزینه استخراجی افزایش می­یابد.

3-    در هر روش استخراجی با افزایش ابعاد بلوک استخراجی هزینه استخراجی در واحد حجم ماده معدنی کاهش می­یابد.

4-   برای هر معدن سنگ گرانیت با توجه به نوع سنگ، قیمت سنگ، تولید سالیانه و غیره... روش استخراجی مناسب انتخاب شود.

5-  برای معادن سنگ گرانیت با تولید سالیانه بیش از 10000تن، بهترین روش استخراجی استفاده از روش استخراجی با سیم برش الماسه و قواره­سازی با پارس وگوه می­باشد.

منابع و مراجع

1-   آصف­پور، ناصر - 1367- "نقش سنگهای تزئینی در صنایع"- مجموعه مقالات اولین سمینار سنگهای ساختمانی(ترئینی ونما) – وزارت معادن و فلزات

2-  ایران­زاده، هوشنگ – 1370- "اصول طراحی استخراج در معادن سنگ نما"- مجموعه مقالات دومین سمینار سنگهای ساختمانی (تزئینی و نما) – انتشارات آینه

3-  1376- "گرانیت چیست"- مجله سنگ شماره 21- وزارت معادن و فلزات

4- 1372- "راهنمای فنی طراحی گرانیت در معادن مدرن"- مجله سنگ شماره 9- وزارت معادن و فلزات

5- 1373- " و نخست آزمایش سپس گزینش"- مجله سنگ شماره 13 و 14- وزارت معادن و فلزات

6- حسینی، ابراهیم – 1379- "بلورها وکانیها"- چاپ اول – انتشارات شرکت تعاونی نشر رویکرد نوین

7-  مدنی، حسن – 1356- "زمین شناسی عمومی"- انتشارات دانشگاه تهرا