Bányászat

Tudjuk, hogy nem a geológus feladata a bányaművelési módszerek megválasztása és a kitermeleés levezetése, de a mindennapi munkája során szüksége van a bányaászattal kapcsolatos fontosabb ismeretek elsajátitására.

Alapfogalmak

Bányászat" (bányászati tevékenység): ásványi nyersanyagok kutatása, feltárása és kitermelése, valamint az ehhez kapcsolódó tevékenységek és az ásványvagyon gazdálkodás.

Bányászati tevékenységnek minősül:

a) a kitermelt ásványi nyersanyag előkészítése, a szénhidrogén-bányászatban elsődleges feldolgozása;

b) a bánya szüneteltetése, bezárása; a szénhidrogénmező felhagyása;

c) a bányászati tevékenység befejezését követő tájrendezés;

d) a szénhidrogén szállítóvezetékek létesítése és üzemben tartása;

e) a szénhidrogének tárolására alkalmas földtani szerkezetek tárolásra történő kialakítása és hasznosítása; továbbá

f) a geotermikus energia kutatása és kitermelése is.

"Bányavállalkozó" a bányászati tevékenység végzésére jogosult jogi vagy természetes személy, illetve jogi személyiséggel nem rendelkező társaság.

"Előkészítés" a kitermelést közvetlenül követő tevékenység, amely magában foglalja a szilárd ásványi nyersanyagok üzemi gyűjtését, szállítását, fizikai elválasztását, felaprózását, osztályozását és fizikai módszerekkel történő dúsítását, a kőolaj, földgáz tisztítását, szétválasztását.

"Kitermelés" az ásványi nyersanyag természetes előfordulási helyéről történő lefejtése, elválasztása, felszínre hozatala. Kitermelésnek minősül az elhagyott meddőhányókból történő ásványi nyersanyag kitermelése is.

Az ásványi kincsek kitermelésével kapcsolatos munkálatoknak meghatározott rendszerben, térben és idöben történő elvégzése a bányaművelés.

Azoknak a munkálatoknak az összessége, amelyek célja az érctelep megnyétása, előkészitése és leművelése, bányaművelési munkálatoknak nevezzünk.

"Meddőhányó" az ásványi nyersanyag kitermelése során vagy azzal együtt kitermelt és attól fizikai módszerekkel leválasztott szilárd anyagok felhalmozott tömege.

"Elsődleges feldolgozás" az előkészítést közvetlenül követően a bányavállalkozó által végzett az a tevékenység, amellyel az előkészített ásványi nyersanyagot továbbfeldolgozásra vagy továbbfelhasználásra alkalmassá teszi (propán-bután kinyerés, gazolin feldolgozás; brikettgyártás stb.).

"Tájrendezés" a bányászati tevékenységgel érintett területnek újrahasznosításra alkalmassá tétele (bányászati rekultiváció) vagy a természeti környezetbe illő kialakítása.

Egy érctelep leművelhetőségének több feltétele van :

-ipari feltételek

• -minimális átlagos fémtartó
• -minimális megnegedett fémtartó
• -káros  (hasznosithatatlan) elemek jelenléte
• -az érctest minimális vastagsága stb.

-geológiai hidrogeológiai feltételek

• -az érctelep alakja és szerkezete
• -az érctest térbeni helyzete
• -az érctest mélsége
• -az érctelep vastagsága
• -az érctelep tektonikája
• a földalatti vizek jelenléte

-műszaki, bányászati feltételek

• -az érc mechanikai tulajdonságai
• -a környező kőzetek mechanikai tulajdonságai
• -gázok jelenléte
• -műszaki ellátottság

-gazdasági feltételek

• -az érctelep földrajzi fekvése
• -munkaerő jelenléte
• -energiaforrások
• -a készletek mennyisége és minősége
• -piaci feltátelek
• gazdaság politika

Egyes érctelepek a felszinen, vagy a felszinközelben találhatók, ezeket a külszini művelés módszereivel lehet kitermelni.

Az érctelepek túlnyomó többsége azonban a föld alatt, különböző mélységekben található, amelyeket a mélyszinti művelés módszereivel lehet kitermelni.

A mélyszinti mávelés értelemszerüen sokkal költségesebb, mint a felszini kitermelés. Másrészt a mélyszinti kitermelés a környezetvédelem szempontjából kisebb veszélyekkel jár, mint a felszini kitermelés.

Megfelelő gazdasági nfeltételek mellett a mélyszinti kitermelés is igen előnyös lehet, példák erre: Witwatersrand (Dél Afrika-arany), El Teniente (Chile; la világ legnagyobb mélyszinti bányája ), Olympic Dam (Australia, stb)

Bányavállalat, bánya, bányatelek

Bányavállalat- ásványi nyersanyagok kutatásával, feltárásával és kitermelésével foglalkozó állami, vagy magán ipari vállalkozás

Bánya- a bányavállalat keretében olyan kitermelő hely, ahol a kitermelő tevékenység során az ásványi nyersanyagok az érctelepből a felszinre kerülnek.

Bányatelek - meghatározott ásványi nyersanyag feltárására és kitermelésére a föld felszínének és mélyének e célra elhatárolt részén kialakitoptt terület, ahol a lelőhely ipari vagyonnal rendelkezik és a kitermelési feltételek teljesíthetők

A mélyművelésű bányászat fázisai:

• -feltárás
• -elővájás
• -jövesztés
• -biztositás
• -rakodás-szállitás
• -fejtés

Mélyművelésű bányászat esetében az érctelep megnyitása a következő módszerekkel történhet:

• -vizszintes kereszttáróval- abban az esetben ajánlatos, ha az érctelep metredek domborzatu felszin alatt található és a telep egy része a folyóvölgyek szintje felett helyezkedik el. A kereszttárók a felszinről indulnak és általában harántolják az érctestet.
• -függőleges aknával

Nyitás függőleges aknával

Előnyei:

-szisztematikus fejlesztés

-megfelelő pilérek

-megfelelő nyitás párhuzamos telérek esetében is

Hátrányai:

1. magas költség,mert steril kőzetben kell nyitni
2. biztositási és egyébb geotechnikai problémák merülhetnek fel

Az akna metszi az érctestet (telér)

Előnyei:

-gyors nyitási módszer

-az érctelep gyorsan a művelés fázisába kerül (gyors bevétel)

-az előkészitési költségek alacsonyak

Hátrányai:

biztositási és egyébb geotechnikai problémák merülhetnek fel 

a bizositási pilérek az érctestben vannak

magas karbantartási költségek

A függőleges aknával történő nyitás a legelterjedtebb módszer a nagyobb mélységben található telepek esetében.

• -lejtősaknával- a kis és közepes (20-70⁰) dőlésű és a felszini, vagy felszinközelben található rétegek esetében ajánlatos módszer

Telepithető

-a fekű kőzetekbe

-a fedő kőzetekbe

-az érctestbe

1. a lejtősakna metszi a telért
2. a lejtősakna a teléren kivül van

• -lejtős bányajárattal az egyik legősibb módszer, alacsony költségei miatt a történelmi időkben igen elterjedt volt eslősorban a szénbányákban.

Alkalmazási területei:

kis dőlésű (szén)rétegek esetében

a felszinitő és mélyművelésű mósdszerek közötti átmeneti fázisban

az ásványvagyon nehéz geológiai terepviszonyok között található (pl.viztároló homokréteg)

• vizszintes kereszttáróval és vakaknával

A bányában a vizszintes járatokat táróknak nevezzük. A tárók lehetnek:

-kereszttárók (harántolják az érctestet)

-direkcionális tárók (az érctest csapásirányában haladnak)

Az alábbi ábra egy mélyszinti bánya legfontosabb elemeit mutatja:

Egy mélyszinti bánya fontosabb elemeinek részletes ábrázolása

Előkészitő bányamunkálatok

Miután a különböző nyitási módszerekkel, vagy azok összekapcsolásával megtörtént az érctelep megnyitása, következnek az az előkészitő munkálatok, amelyek során megtörténik az érctelep övezetekre, szintekra, mellékszintekre, blokkokra, panókra stb.való felosztása abból a célból, hogy megteremtődjenek a műszaki feltételek az érctelep művelésére.

Függetlenül attól, hogy a az érctestben, vagy a steril kőzetekben végzik, az előkészitő munkálatok (Popa A., 1980) a következők:

-direkcionális tárók , amelyek a kitermelési szinteken a fő szállitási útvonalak is.

-összekötő kereszttárók

-diagonális (átlós) tárók

-vizgyűjtő-és tározó tárók

-a levegőztetést szolgáló tárók

-emelkék

-lejtők stb.

Rakodás és szállitás

A kitermelés helyén a fejtett érc rakodása és szállitása több módszerrel történhat:

1, Kézi rakodás és szállitás-eszközei: lapát, talicska, bányavagon

2, Gravitációs szállitás- a legkisebb költséggel járó módszer. Lényege, hogy a 40-45⁰-nál nagyobb dőlésű érctesteknél a lefejtett érc a gravitáció hatására jut le a szállitó szintekre.

3, Gépesitett rakodás és szállitás- a legszélesebb körben használatos módszer.A fejtés helyéről az ásváyni nyersanyag szállitása történhet:

-szállitószalagok sgitségével (elsősorban a szén bányákban, de sok ércbányában is).

-kis nyomtávolságu sineken vagonok sgitségével

-ércszállitó kamionokkal (20-50 t kapacitás)

A bányamunkálatok biztositása

A különböző szelvényű bányajáratok és a fejtések nyomán a kőzettömeg, illetve az érctömeg eredeti statikus egyensúlyi helyzete megváltozik. A munkálatok megkezdés eelőtt a kőzettömegben a nyomás egyenletesen oszlik el. A szabad felületek kialakulása után a kőzettömegben a feszültségek erővonalai a kialakitott üregek környezetében csoportosulnak és fokozatosan gyengülnek az üregektől az érintetlen kőzettömegek irányába (20-30 m). Az új egyensúlyi helyzetben az üregek körül a kőzettömegben változások, deformációk alakulnak ki. A gyenge deformációk esetében még nem szükséges a munkálatok biztositása, mert a kőzetek stabilitása nem gyengült a kritikus értéken túl. A laza kőzetekben, vagy abban az esetben, ha a deformációk meghaladják a stbilitás értékét, a kőzetekben átalakulások, mozgások következnek be: kisebb-nagyobb repedések, kőzetdarabok, vagy blokkok leválása stb.

A bányamunkálatok biztositása azt a célt szolgálja, hogy minden szempontból biztonságos munkafeltételeket biztositsanak a kitermelés minden szakaszában. A biztositások igen változatos tipusait ismerjük:

1, Biztositás fával- a legrégibb módszer, ma is elég széles körben használják.

Előnyei:

nagy nyomás ellenállás

nem törik hirtelen, hanem "jelzi" a nyomásváltozásokat

a fabiztositás rugalmas-

könnyen elkészithető a kivánt méretekben

Hátrányai:

-csak bizonyos mértékben újrahasználható

-behatárolja a munkálatok gépsitését

-lehetetlen a biztositási műveletek gépesitése

2, Fém elemekkel történő biztositás

A bányamunkálatok gépesitésének térnyerésével és a fával történő takarékossság céljából szükségessé vált a fabiztositás fémbiztositással történő helyettesitése.

A fémbizositás előnyei:

-többszörösen újra felhasználható

-csökkenti a költségeket

-növeli a munka termelékenységét

Hátrányai

részlegesen be van határolva a geológiai -és bányafeltételetől

a 30-35⁰-nál nagyobb dőlés esetében fennáll a veszély, hogy a fémbiztositások elmozdulnak saját súlyuk miatt

A fémbiztositásoknál a következő anyagokat használják:

-fémoszlopok

-fémkeretek

-teljes fémkeretek

-fémpáncél bitositás

-nagy ellenállásu hidraulikus oszlopok

3, Gépesitett szakasz- biztositás

A biztositott szakaszok egymásba kapcsolása a fejtés zónájában többlet ellenállást biztosit a kőzetnyomásal szemben, nagyobb védelmet jelent az ott dolgozó bányászoknak és nem utolsósorban növeli a munka termelékenységét.

A biztositások kivitelezése és azok müködési elve szempontjából az alábbi fontosabb biztositási formákat különböztetjük meg:

Un. lépkedő fémbiztositás-elsősorban a vizszintes szénrétegek kitermelésénél hsználják. Fő elemei a hidraulikus oszlopk és egymáshoz illesztett tartóvázak. Tipusok:Gullik Seaman (Anglia),Klöckner-Ferromatic (Németország) stb.

Mobilis pajzsokkal való biztositás-lényege, hogy a fejtés egész környezetében lefedjék a szabad felületeket, kitámasztva ezzel a kőzettömeget.

Bányaművelési módszerek

A föld mélyében az ásványakkumulációk a legváltozatosabb telepviszonyok között találhatók. Azt lehet mondani, hogy nincs két, minden szempontból azonosnak nevezhető érctelep. Ezért a cáltozatosabbnál változatosabb érctelepek (ásványtelepek) leművelése is változatos módszereket igényel.

A bányaművelési módszerek több féle tényező alapján osztályozhatók:

a leművelt ásványvagyon halmazállapota

a bányanyitási és előkészitő módszerek megválasztása

az ásványtelep fedőjének, illetve a kőzetnyomásnak az ellenőrizhetősége

a fejtési front iránya és méretei stb.

A leművelt ásványvagyon halmazállapotát és a bányanyitási és előkészitő módszereket figyelembe véve, Popa a, (1980) szerint a művelés lehet:

-mélyművelés

-felszini művelés

-különleges módszerek alkalmazása

Az ásványi anyag tipusa szerint megkülönböztetünk:

-széntelepeken használatos művelési módszereket

-érctelepeken használatos művelési módszereket

A bányaművelési módszerek megválasztását befolyásoló tényezők 

földrajzi tényezők

az ásványtelep geológiai és fizikai jellemzői , pl.

1. a telep formája
2. a telep vastagsága
3. a telep dőlése
4. a telep nagysága (méretei) és mináségi paraméterei
5. a környező kőzetek fizikai-mechanikai tulajdonságai

gazdasági feltételek

Földrajzi tényezők

a telep mélysége

lakott hely közelsége

éghajlat

Az ásványtelep geológiai és fizikai jellemzői

1-2. .a telep, illetve az érctest formája és vastagsága pl.

-az ércesedés gazdagsága az érctest vastagságához arányitva pl.telér, vagy mantó tipusu testek esetében

a telep (érctest) dőlése pl. telér, vagy mantó tipusu testek esetében

4.a telep nagysága (méretei) és mináségi paraméterei,pl.

-az érc ásványtani jellemzői

-a tartók eloszlása az érctestben

5. a környező kőzetek fizikai-mechanikai tulajdonságai,pl.

-a mellékkőzetek és az ércalkotó kőzetekellenállása nyomásra

-a mellékkőzetekés az ércalkotó kőzetek ellenállása szakitásra

Gazdasági tényezők

a telep kitermelését a lehető legalacsonyabb költségekkel kell megvalósitani

a gyakorlatban a kutatási, feltárási, nyitási, előkészitési, kitermelési munkálatok költségei jelentősek

figyelembe kell venni az érc dúsitásával és feldolgozásával járó költségeket

műszaki felszereltségre, anyagokra vonatkozó költségek

a jelen és jövő gazdasági feltételei határozzák meg, hogy adott geológiai és fizikai feltételek mellett egy érctelep gazdaságosan kitermelhető-e vagy nem

Figyelembe kell venni azt a létező és gazdasági szempontból sokszor indokolt trendet, hogy fokozatosan a minél alacsonyabb fémkoncentrációval jellemzett telepeket termeljék ki, elsősorban az alábbi elvek alapján:

-a magas ásványi anyagtartalmu telepek fokozatosan kimerülnek

- a piac nyersanyagokkal való folyamatos ellátásának szükségessége

A kérdés megoldására két alternativa kinálkozik:

-az érctelepen kijelölni a leggazdagabb övezeteket és szelektiv módszerekkel leművelni azokat

-nagy mennyiségű, alacsony tartóval rendelkező ércek kitermelése, amely lehetővé teszi a nagy termelékenységű, gépesitett módszerek használatát.

A kitermelési módszer megválasztása

A kitermelési módszer megválasztásában szerepet játszó tényezők:

• az érctest alakja, nagysága, mélysége
• az érctelep helyzete, ásványvagyona
• a környező kőzetek és ay ércesedés geomechaniksi jellemzői
• az ércesedés minőségi paraméterei, a tartók eloszlása
• gazdasági
• környezetvédelmi Reglamentación

A kitermelési módszer megválasztásának kritériumai:

• termelékenység és hatékonyság
• az infrastruktúra, személyzet és a gépek, felszerelések biztonsága 
• az érckivonás hatékonysága  (%)

• a módszer szelktivitása
• az érchigulás
• költségek, amelyekből: :

a.- befektetési költségek

b.- termelési költségek

Mélyszinti bányaművelési módszerek

A nemzetközi szakirodalomban található fontosabb, nagy termelékenységű bányaművelési módszerek sok tekintetben különböznek a Romániában, a múlt században meghonosodott és nagyrészt ma is használatos módszerektől.

Mivel a bányászat döntő része világviszonylatban piacgazdasági feltételek között müködik, célszerűnek találjuk az alábbiakban bemutatni néhányat a ma használatos, magas termelékenységet biztositó bányaművelési módszerek közül. Tekintetbe kell vennünk, hogy hazánkban a bányászat óriási kihivás és válaszút előtt áll: az állam által támogatott veszteséges iparágból rövid idő alatt meg kell teremteni a piacgazdaság követelményeinek megfelelő, profit orientált bányászat feltételeit

Bármilyen rendszer szerinti osztályozás igénye nélkül, a legelterjedtebb mélyszinti bányaművelési módszerek közül megemlitjük a következőket:

Sublevel stoping- igen gazdaságos és magas termelékenységet biztositó módszer általában a vertikális, vagy szubvertikális teléres érctestek művelésére. A fő-és mellék szinteken a tárók szélessége megegyezhet, vagy különbözhet az érctelep vasragságától. A jövesztési fúrások lehetnek aszcendens, vagy deszcendens fúrások, lehetnek függőlegesek, vagy hálózatban lemélyitett fúrások.

Sublevel stoping művelési módszer általános vázlata. Az első jövesztés a két alsó szint között történik, a következők a felső szinteken. Látható a fúrások telepitésének a vázlata is (esetünkben sugaras diagram)

Longhole stoping- nagy vastagságu érctestek művelésére használatos módszer. Ennek alkalmazásával akár 50 m magasságban lehet egyetlen lépésben leműveléni az ércesedést.A jövesztési fúrásokat több alszint munkálataiba telepitik, általában sugaras-legyező alakban.

Longhole stoping módszer vázlatos rajza.

A kamrák és pilérek (room and pillar) - leginkább a vizszintes, vagy kevésbé dőlt érctestek esetében használják. Az érctestben és a kőzetben piléreket hagynak, amelyek megtartják a kamrák mennyezetét. A pilérek elhelyezése lehet szabályos, vagy szabálytalan.

A kamrák és pilérek (room and pillar) módszer vázlatos rajza. Az ábrán apilérek elhelyezése szabályos.

Shrinkage stoping - olyan, nagy dőlésú érctestek esetében használják, amelyeknek az anyakőzete biztositást igényel. A jövesztés az alsóbb szintektől a felsőbb szintek feké halad, miközben az alsó szintekről fejtik az ércet.

Shrinkage stoping módzset vázlatos rajza

A kamrás , tömedékes módszer (cut and fill)- hasonlit az előbbihez, de a tömedékeléshez nem a jövesztett ércanyagot használják, hanem a kivülről erre a célra a helyszinre szállitott steril kőzeteket.

A kamrás tömedékes módszer (cut and fill)- mószer vázlatos rajza

A fejtési blokkok sűllyesztése (block caving) módszer alkalmazása elsősorban a szabálytalan alaku, nagy tömegű érctestek esetében célszerű, pl. porfiros Cu -ércesedések.feltétel, hogy alefejtett-sűllyesztett ércanyag megfelelően felaprózódott legyen..

A fejtési blokkok sűllyesztése (block caving) módszer vázlatos rajza

A fejtési blokkok sűllyesztése (block caving) módszer 3D ábrázolása. Mindegyik blokk mérete  20 - 50 m lehet az alapszinten, magasságuk pedig elérheti a 80 m-t.

Az El Teniente (Chile) mélyművelésű Cu érctelep felszini övezeteiben látható, hogy a mélyben besűllyedt fejtési blokkok mozgását a domborzat is tükrözi (kollapszos terület).