روش کارگاه و پایه از جمله قدیمیترین روشهای استخراج زیرزمینی بشمار میآید که در حدود ۶ الی ۸ هزار سال پیش در اروپا برای استخراج سنگهای سخت بکار گرفته شده بود. آثار بسیاری از کارگاههای قدیمی که با این روش کار میشد هنوز برجا مانده است. با مطالعه این بقایا میتوان اصول این روش را بصورت زیر تعریف کرد:
از آن زمان تاکنون این روش تغییر زیادی نداشته است و تنها تغییرات مربوط به مکانیزاسیون معدن بوده است که برای اجرای آن مخصوصاً در معادن تودهای بزرگ تغییراتی داده شده است. این روش را نباید با روش اطاق و پایه یکی گرفت چرا که روش اطاق و پایه بیشتر در ذخایر لایهای و مخصوصاً در زغالسنگ و دارای ضخامت معمولاً کم (زیر ۴ متر) استفاده میشود و در آن از پایههای دارای شکل منظم و محل منظم استفاده میشود. ولی در روش کارگاه و پایه لزومی به وجود این شرایط نیست. روش کارگاه و پایه ممکن است به نامهای stope and pillar,breast stoping، breast and bench stoping، board and pillar، stall and pillar و یا panel and pillar خوانده شود. در زیر یک کارگاه استخراج از این نوع نشان داده شده است.
شکل 1 - روش کارگاه و پایه
خصوصیات عمومی روش:
خصوصیات این روش عبارتند از:
۱- پایهها دارای شکل و اندازه نامنظم میباشند و برای نگهداری سقف بکار میروند. اندازه و محل پایهها با برنامهریزی کم و گاهی بدون برنامهریزی قبلی انتخاب میشود. میزان فشار در سقف، ارتفاع فضای استخراجی، خواص ماده معدنی و سقف از جمله عوامل تعیین کننده مشخصات پایه است.
۲- ماده معدنی افقی است و در صورت شیبدار بودن لایه لازم است تا شیب لایه کمتر از زاویه قرار[۱] سنگ باشد. حداکثر زاویه شیب لایه در این روش بین ۳۰ تا ۳۵ درجه است که در این زاویه مواد با وزن خود از کارگاه خارج نمیشوند. این خاصیت باعث وجود تفاوت بین این روش و روشهایی که در لایههای پر شیب استفاده میشوند مانند روش انبارهای میگردد. روش Cascade stoping یک روش بینابینی است که برای معدنکاری در لایههای دارای شیب برابر با زاویه قرار مواد و یا شیب بین ۲۵ تا ۴۵ درجه ارائه شده است. از این روش برای استخراج ذخایر تودهای میتوان استفاده کرد. برای اینکار کافی است تا ارتفاع توده مواد معدنی به چند برش تقسیم شود و تقریباً از بالای توده شروع و به سمت پایین ذخیره استخراج را انجام دهیم. نمونههایی از این نوع استخراج در ذخایر سرب و روی با بجا گذاشتن پایههایی تا ۹۰ متر ارتفاع انجام شده است.
۳- توده سنگ مناسب، بطوری که ترجیحاً اطاقها بطور طبیعی پایدار باقی بمانند و در طول عمر استخراج نیازی به پایه نداشته باشند. مقاومت سنگها در این روش ممکن است بین ۲۵ تا ۳۵۰ مگا پاسکال باشد. همچنین در این روش لازم است تا سقف، کف و پایهها کاملا پایدار و بدون هر گونه ناپیوستگی باشند. البته در مناطق زیادی از جهان با وجود نبود تمامی این مشخصات در سنگهای اطراف از این روش بخوبی استفاده شده است. در این روش از پایههایی که بدون کنترل معدنکار تخریب شود بشدت اجتناب میشود چرا که تخریب ناخواسته پایه میتواند خسارات جدی به معدن وارد آورده و هزینههای زیادی را تحمیل کند. البته بازیابی پایه و در نتیجه تخریب قسمتی از پایهها در این روش نیز گاهاً استفاده میشود که در شرایط خاص امکانپذیر است.
۴- این روش در اعماق زیاد استفاده نمیشود. زیرا در اعماق زیاد به علت وجود فشار زیاد به سقف لازم است تا پایههایی با مقطع بزرگ بجا گذاشته شود. انتخاب پایههای بزرگ که گاهاً قابل بازیابی نیز نیستند موجب کاهش بازیابی در این روش میشود. بسته به عمق معدن در این روش ممکن است بازیابی بین ۲۵ تا ۹۵ درصد باشد. میزان حداکثر عمق مناسب برای این روش به عوامل متعددی چون شرایط زمینشناسی و مقاومت سنگ محل دارد ولی معمولا از این روش در اعماق بیش از ۶۰۰ متر استفاده نمیشود. البته در استخراج breast stoping ممکن است تا اعماق ۳۶۰۰ متر هم استخراج انجام شود.
۵- عدم بروز نشست مگر در دراز مدت. البته بسیار از معادن قدیمی که به این روش کار شدهاند امروزه نشست پیدا کردهاند و همچنین معادنی که به روش breast stoping کار میشوند نشست رخ میدهد.
۶- این روش جزء روشهای پر تولید به حساب میآید. این روش ذاتاً از انعطاف پذیری خوبی برخوردار بوده و در صورت لزوم میتوان تولید زیادی از آن انتظار داشت.
۱- با بجا گذاشتن پایههای بزرگ نگهداری سقف انجام شود.
۲- کارگاههای با عرض کم برای نگهداری سقف احداث شود.
۲- کارگاههای با عرض کم برای نگهداری سقف احداث شود.
از آن زمان تاکنون این روش تغییر زیادی نداشته است و تنها تغییرات مربوط به مکانیزاسیون معدن بوده است که برای اجرای آن مخصوصاً در معادن تودهای بزرگ تغییراتی داده شده است. این روش را نباید با روش اطاق و پایه یکی گرفت چرا که روش اطاق و پایه بیشتر در ذخایر لایهای و مخصوصاً در زغالسنگ و دارای ضخامت معمولاً کم (زیر ۴ متر) استفاده میشود و در آن از پایههای دارای شکل منظم و محل منظم استفاده میشود. ولی در روش کارگاه و پایه لزومی به وجود این شرایط نیست. روش کارگاه و پایه ممکن است به نامهای stope and pillar,breast stoping، breast and bench stoping، board and pillar، stall and pillar و یا panel and pillar خوانده شود. در زیر یک کارگاه استخراج از این نوع نشان داده شده است.
شکل 1 - روش کارگاه و پایه
خصوصیات عمومی روش:
خصوصیات این روش عبارتند از:
۱- پایهها دارای شکل و اندازه نامنظم میباشند و برای نگهداری سقف بکار میروند. اندازه و محل پایهها با برنامهریزی کم و گاهی بدون برنامهریزی قبلی انتخاب میشود. میزان فشار در سقف، ارتفاع فضای استخراجی، خواص ماده معدنی و سقف از جمله عوامل تعیین کننده مشخصات پایه است.
۲- ماده معدنی افقی است و در صورت شیبدار بودن لایه لازم است تا شیب لایه کمتر از زاویه قرار[۱] سنگ باشد. حداکثر زاویه شیب لایه در این روش بین ۳۰ تا ۳۵ درجه است که در این زاویه مواد با وزن خود از کارگاه خارج نمیشوند. این خاصیت باعث وجود تفاوت بین این روش و روشهایی که در لایههای پر شیب استفاده میشوند مانند روش انبارهای میگردد. روش Cascade stoping یک روش بینابینی است که برای معدنکاری در لایههای دارای شیب برابر با زاویه قرار مواد و یا شیب بین ۲۵ تا ۴۵ درجه ارائه شده است. از این روش برای استخراج ذخایر تودهای میتوان استفاده کرد. برای اینکار کافی است تا ارتفاع توده مواد معدنی به چند برش تقسیم شود و تقریباً از بالای توده شروع و به سمت پایین ذخیره استخراج را انجام دهیم. نمونههایی از این نوع استخراج در ذخایر سرب و روی با بجا گذاشتن پایههایی تا ۹۰ متر ارتفاع انجام شده است.
۳- توده سنگ مناسب، بطوری که ترجیحاً اطاقها بطور طبیعی پایدار باقی بمانند و در طول عمر استخراج نیازی به پایه نداشته باشند. مقاومت سنگها در این روش ممکن است بین ۲۵ تا ۳۵۰ مگا پاسکال باشد. همچنین در این روش لازم است تا سقف، کف و پایهها کاملا پایدار و بدون هر گونه ناپیوستگی باشند. البته در مناطق زیادی از جهان با وجود نبود تمامی این مشخصات در سنگهای اطراف از این روش بخوبی استفاده شده است. در این روش از پایههایی که بدون کنترل معدنکار تخریب شود بشدت اجتناب میشود چرا که تخریب ناخواسته پایه میتواند خسارات جدی به معدن وارد آورده و هزینههای زیادی را تحمیل کند. البته بازیابی پایه و در نتیجه تخریب قسمتی از پایهها در این روش نیز گاهاً استفاده میشود که در شرایط خاص امکانپذیر است.
۴- این روش در اعماق زیاد استفاده نمیشود. زیرا در اعماق زیاد به علت وجود فشار زیاد به سقف لازم است تا پایههایی با مقطع بزرگ بجا گذاشته شود. انتخاب پایههای بزرگ که گاهاً قابل بازیابی نیز نیستند موجب کاهش بازیابی در این روش میشود. بسته به عمق معدن در این روش ممکن است بازیابی بین ۲۵ تا ۹۵ درصد باشد. میزان حداکثر عمق مناسب برای این روش به عوامل متعددی چون شرایط زمینشناسی و مقاومت سنگ محل دارد ولی معمولا از این روش در اعماق بیش از ۶۰۰ متر استفاده نمیشود. البته در استخراج breast stoping ممکن است تا اعماق ۳۶۰۰ متر هم استخراج انجام شود.
۵- عدم بروز نشست مگر در دراز مدت. البته بسیار از معادن قدیمی که به این روش کار شدهاند امروزه نشست پیدا کردهاند و همچنین معادنی که به روش breast stoping کار میشوند نشست رخ میدهد.
۶- این روش جزء روشهای پر تولید به حساب میآید. این روش ذاتاً از انعطاف پذیری خوبی برخوردار بوده و در صورت لزوم میتوان تولید زیادی از آن انتظار داشت.