مراحل عمر یک معدن به ترتیب: پی جویی (Prospecting)، اکتشاف (Exploration)، آماده سازی (Exploitation)، بهره برداری (Development) و بازسازی (Reclamation) می باشد. در جدول زیر هدف هر یک از این مراحل درج شده است. در شکل نیز مراحل عمر یک معدن و مجموعه عملیات رایج در معدنکاری نشان داده شده است.
شکل مراحل عمر یک معدن
پی جویی و اکتشاف مراحل قبل از معدنکاری هستند که غالبا همراه هم انجام می شود. این مراحل از عمر معدن مراحل اساسی در تعیین موقعیت و مشخص کردن حدود کانسار می باشند. در مرحله پی جویی محل یک کانسار بالقوه با ارزش اعم از ماده معدنی فلزی، غیر فلزی یا زغال سنگ و سنگ ساختمانی تعیین می شود و در مرحلله اکتشاف این کانسار به طور تفصیلی بررسی و مشخص می شود. در این مرحله اهداف برای تخقیق، متمرکز تر و مطلوبیت افزایش و ریسک منطقه تحت بررسی کاهش می یابد. زمین شناسان و مهندسان معدن در مسئولیت این دو مرحله شریک هستند. زمین شناسان بیشتر در رابطه با پی جویی و مهندسان بیشتر در رابطه با اکتشاف فعالیت می کنند.
آماده سازی و بهره برداری نیز دو مرحله اساسی معدن کاری قلمداد می شوند و از جمله کارهای مهندس معدن می باشند.
۱- پی جویی:
عملیات پی جویی از اولین اقدامات اکتشافی یک معدن محسوب می شود. هدف از عملیات پی جویی آن است که با توجه به معیارها (معیارهای آب و هوایی، سنی، سنگ شناسی، ساختمانی، ژئوشیمیایی و… ) و نشانه های مختلف (نشانه های محلی، گیاهی، همزاد و…) و با استفاده از روش های مختلف پی جویی، موقعیت کانسار و وضعیت عمومی آن مشخص شود این اولین مرحله از اکتشاف است که در صورت رضایت بخش بودن نتایج حاصل، آغاز عمر یک معدن خواهد بود.
در گذشته پی جویی به طور انفرادی و با روش های تجربی و دانش محدود مشاهده ای و به کمک ابزار و وسایل در مناطق معدنی انجام می شد. اما در سال های اخیر با استفاده از روش های دستگاهی بر پایه علوم ژئوفیزیک (Geophysics) و ژئوشیمی (Geochemical) راه های بهتری ارائه شده است (هارتمن ۱۹۸۷). از آنجا که کانسارها هم در سطح زمین و هم در زیر سطح زمین یافت می شوند، برای یافتن آنها روش های مستقیم و غیر مستقیم پی جویی به کار گرفته می شود.
الف- روش های مستقیم:
این روش ها به کانسارهای سطحی محدود می شوند و شامل مشاهده چشمی رخنمون (Outcrop) یا تکه هایی از رخنمون که به واسطه هوازدگی جدا شده اند، می شود. مطالعات زمین شناسی یک منطقه در سطح، نوعی مشاهده چشمی است. از طریق عکس های هوایی و نقشه های توپوگرافی و ساختمانی منطقه، زمین شناس با به کارگیری روش های مستقیم مناطقی را که در آنها کانی سازی صورت گرفته است، تعیین می کند.
ب- روش های غیر مستقیم:
۱) ژئوفیزیک: یکی از ابزارهای با ارزش که برای جستجوی غیرمستقیم مواد معدنی واقع در عمق به کار می روند، ژئوفیزیک می باشد. مواد معدنی در بسیاری از خواص فیزیکی با سنگ های درون گیرشان اختلاف دارند. در روش های ژئوفیزیکی از طریق اندازه گیری مقادیر ثقلی (Gravity)، لرزه ای (Seismic)، مغناطیسی (Magnetic)، الکتریکی (Electrical)، الکترومغناطیسی (Electromagnetic) و پرتونگاری (Radiometric) به وجود کانسارها پی برده می شود (هارتمن ۱۹۸۷).
۲) ژئوشیمی: روش های ژئوشیمی مستلزم تجزیه نمونه خاک های سطح زمین، آب دریاچه ها و گیاهان برای تعیین مقدار عناصری است که ارزش زمینه بیشتر از معمول دارند (هارتمن ۱۹۸۷).
۲- اکتشاف:
عملیات اکتشاف پس از یافتن کانسار شروع می شود و قبل از آماده کردن طرح معدن انجام این عملیات ضروری است. هدف از عملیات اکتشاف، بررسی و شناسایی دقیق کانسار، مطالعه ساختمان داخلی آن، خصوصیات سنگ های مجاور و بالاخره تعیین اندازه، شکل و ارزش کانسار به طور دقیق می باشد؛ بنابرین طراحی معدن وقتی مفهوم اجرایی پیدا می کند که توسط کارهای اکتشافی، شکل کانسار و میزان ذخیره معلوم شده باشد عملیات حفاری یا گمانه زنی که اطلاعات بیشتری از زیر زمین به دست می دهد، نمونه ای از عملیات اکتشافی هستند. روش های اکتشاف مشابه روش هایی است که در عملیات پی جویی استفاده می شوند ولی از آنها دقیق تر می باشند.
مرز بین دو مرحله پی جویی و اکتشاف چندان متمایز نیست و ممکن است نتوان بین این دو مرحله تمایزی قائل شد. در جدول زیر اختلاف های اساسی عملیات پی جویی و اکتشاف درج شده است.
مرحله | هدف |
پی جویی | جستجو برای ماده معدنی |
اکتشاف | تعیین ارزش و گسترش ماده معدنی |
آماده سازی | باز کردن ماده معدنی برای تولید |
بهره برداری | تولید ماده معدنی |
بازسازی | محافظت از محیط زیست و جبران آسیب ها و عوارض استخراج ماده معدنی |
شکل مراحل عمر یک معدن
پی جویی و اکتشاف مراحل قبل از معدنکاری هستند که غالبا همراه هم انجام می شود. این مراحل از عمر معدن مراحل اساسی در تعیین موقعیت و مشخص کردن حدود کانسار می باشند. در مرحله پی جویی محل یک کانسار بالقوه با ارزش اعم از ماده معدنی فلزی، غیر فلزی یا زغال سنگ و سنگ ساختمانی تعیین می شود و در مرحلله اکتشاف این کانسار به طور تفصیلی بررسی و مشخص می شود. در این مرحله اهداف برای تخقیق، متمرکز تر و مطلوبیت افزایش و ریسک منطقه تحت بررسی کاهش می یابد. زمین شناسان و مهندسان معدن در مسئولیت این دو مرحله شریک هستند. زمین شناسان بیشتر در رابطه با پی جویی و مهندسان بیشتر در رابطه با اکتشاف فعالیت می کنند.
آماده سازی و بهره برداری نیز دو مرحله اساسی معدن کاری قلمداد می شوند و از جمله کارهای مهندس معدن می باشند.
۱- پی جویی:
عملیات پی جویی از اولین اقدامات اکتشافی یک معدن محسوب می شود. هدف از عملیات پی جویی آن است که با توجه به معیارها (معیارهای آب و هوایی، سنی، سنگ شناسی، ساختمانی، ژئوشیمیایی و… ) و نشانه های مختلف (نشانه های محلی، گیاهی، همزاد و…) و با استفاده از روش های مختلف پی جویی، موقعیت کانسار و وضعیت عمومی آن مشخص شود این اولین مرحله از اکتشاف است که در صورت رضایت بخش بودن نتایج حاصل، آغاز عمر یک معدن خواهد بود.
در گذشته پی جویی به طور انفرادی و با روش های تجربی و دانش محدود مشاهده ای و به کمک ابزار و وسایل در مناطق معدنی انجام می شد. اما در سال های اخیر با استفاده از روش های دستگاهی بر پایه علوم ژئوفیزیک (Geophysics) و ژئوشیمی (Geochemical) راه های بهتری ارائه شده است (هارتمن ۱۹۸۷). از آنجا که کانسارها هم در سطح زمین و هم در زیر سطح زمین یافت می شوند، برای یافتن آنها روش های مستقیم و غیر مستقیم پی جویی به کار گرفته می شود.
الف- روش های مستقیم:
این روش ها به کانسارهای سطحی محدود می شوند و شامل مشاهده چشمی رخنمون (Outcrop) یا تکه هایی از رخنمون که به واسطه هوازدگی جدا شده اند، می شود. مطالعات زمین شناسی یک منطقه در سطح، نوعی مشاهده چشمی است. از طریق عکس های هوایی و نقشه های توپوگرافی و ساختمانی منطقه، زمین شناس با به کارگیری روش های مستقیم مناطقی را که در آنها کانی سازی صورت گرفته است، تعیین می کند.
ب- روش های غیر مستقیم:
۱) ژئوفیزیک: یکی از ابزارهای با ارزش که برای جستجوی غیرمستقیم مواد معدنی واقع در عمق به کار می روند، ژئوفیزیک می باشد. مواد معدنی در بسیاری از خواص فیزیکی با سنگ های درون گیرشان اختلاف دارند. در روش های ژئوفیزیکی از طریق اندازه گیری مقادیر ثقلی (Gravity)، لرزه ای (Seismic)، مغناطیسی (Magnetic)، الکتریکی (Electrical)، الکترومغناطیسی (Electromagnetic) و پرتونگاری (Radiometric) به وجود کانسارها پی برده می شود (هارتمن ۱۹۸۷).
۲) ژئوشیمی: روش های ژئوشیمی مستلزم تجزیه نمونه خاک های سطح زمین، آب دریاچه ها و گیاهان برای تعیین مقدار عناصری است که ارزش زمینه بیشتر از معمول دارند (هارتمن ۱۹۸۷).
۲- اکتشاف:
عملیات اکتشاف پس از یافتن کانسار شروع می شود و قبل از آماده کردن طرح معدن انجام این عملیات ضروری است. هدف از عملیات اکتشاف، بررسی و شناسایی دقیق کانسار، مطالعه ساختمان داخلی آن، خصوصیات سنگ های مجاور و بالاخره تعیین اندازه، شکل و ارزش کانسار به طور دقیق می باشد؛ بنابرین طراحی معدن وقتی مفهوم اجرایی پیدا می کند که توسط کارهای اکتشافی، شکل کانسار و میزان ذخیره معلوم شده باشد عملیات حفاری یا گمانه زنی که اطلاعات بیشتری از زیر زمین به دست می دهد، نمونه ای از عملیات اکتشافی هستند. روش های اکتشاف مشابه روش هایی است که در عملیات پی جویی استفاده می شوند ولی از آنها دقیق تر می باشند.
مرز بین دو مرحله پی جویی و اکتشاف چندان متمایز نیست و ممکن است نتوان بین این دو مرحله تمایزی قائل شد. در جدول زیر اختلاف های اساسی عملیات پی جویی و اکتشاف درج شده است.