شناسایی نواحی پرریسک ژئومکانیکی در معادن بوکسیت

شناسایی نواحی پرریسک ژئومکانیکی در معادن بوکسیت با استفاده از تصاویر ژئورفرنس پهبادی؛ مطالعه موردی: معدن گلبینی 2 بوکسیت جاجرم

چکیده

معدنکاری به دلیل ویژگی های خاص خود از جمله صنایع پرمخاطره بوده و ارزیابی ریسک یکی از مهمترین مراحل مدیریت پروژه محسوب می شود. هدف از این تحقیق شناسایی مخاطرات و انتخاب پاسخ مناسب به ریسک های ژئومکانیکی در یکی از معادن روباز بوکسیت جاجرم با تکیه بر عکس های ژئورف پهبادی می باشد. شناسایی عوارض اصلی و مستحداث داخل و اطراف پیت با کمک تصاویر پهبادی می تواند سرعت و دقت مطالعات شناخت اولیه معدن را بسیار تسریع کند. در این مقاله، با زون بندی ژئوتکنیکی معدن بوکسیت شماره 2 گلبینی جاجرم، نحوه پیاده سازی مدیریت ریسک در قالب مخاطرات شناسایی شده توسط عکس های هوایی و انطباق سنجی با بازدید میدانی مورد مطالعه قرار گرفته است. با بررسی عکس های ژئورف هوایی شواهدی از وجود ترک های کششی در برخی نواحی از دیواره شمشک این معدن آشکارسازی شد که بازدید های میدانی نیز این موضوع را تایید نمود. همچنین مواردی از قبیل نزدیکی لبه پله اول کمربالای ماده معدنی (دیواره شمشک) به جاده آسفالته اصلی معدن و وجود تیر های برق کنار جاده آسفالته بعنوان مخاطرات اصلی این ناحیه شناسایی شدند. پس از ارزیابی ریسک مخاطرات این نواحی (تعیین سطح فراوانی ریسک و تبعات ناشی از آن)، این مخاطرات در سطح ریسک غیرقابل پذیریش قرار گرفتند. همچنین برای ریسک های موجود در این نواحی همزمان دو استراتژی پاسخ به ریسک از نوع پذیرش فعال و کاهش یا تعدیل پیشنهاد شد. در این حالت پیشنهاد شد انتقال جاده دسترسی آسفالته و مستحداث مربوط به انتقال برق به محدوده ایمن انجام شده و مانیتورینگ و رفتارسنجی در این بخش از معدن بطور مناسبی انجام شود. بر اساس ارزیابی نتایج حاصل از رفتارسنجی و درصورت وقوع شرایط نامناسب، لازم است مسیر تردد در این ناحیه مسدود شده و فعالیت های اجرایی در کف پیت این بخش از معدن متوقف شده و بلافاصله گزینه کاهش یا تعدیل مانند کاهش شیب پله، افزایش عرض برم ایمنی و …بعنوان استراتژی پاسخ در نظر گرفته شود.

کلمات کليدي: معدن بوکسیت، ریسک ژئومکانیکی، تصاویر پهپادی، تصاویر ژئورفرنس، ناپایداری معدن، مدیریت ریسک، زون بندی ژئومکانیکی

1- مقدمه

تولید و استحصال آلومنیوم با استفاده از یک چرخه صنعتی- معدنی متشکل از فرآیندهای مختلف استخراج معدن، خردایش، فرآوری شیمیایی و ذوب انجام می شود. هر یک از اجزای تشکیل دهنده این چرخه دارای نقش اساسی و کلیدی در پیوستگی فرآیند تولید آلومینیوم داشته و بروز وقفه یا مشکلات در هر یک از این اجزا، باعث ایجاد خلل در پیوستگی تولید این محصول خواهد شد. بنابراین، حفظ پیوستگی تولید آلومنیوم، مستلزم مدیریت صحیح در هر یک از اجزای چرخه تولید است. عملیات استخراج و معدن کاری اولین مرحله از فرآیند تولید آلومنیوم بوده و بنابراین، مدیریت چالش های تولیدی این بخش از اهمیت بسیار زیادی برخوردار بوده و با مدیریت چالش های این بخش، اطمینان از حفظ پیوستگی فرآیند تولید تامین خواهد شد.  عمده‌ترین منبع تولید آلومینیوم، مواد معدنی بوکسیت است که مهم‌ترین ذخایر قابل معدنکاری بوکسیت در محدوده جاجرم واقع شده است. بخش عمده خوراک کارخانه آلومینا از مجموعه معادن بوکسیت جاجرم تامین می شود که با توجه به وابستگی شدید تولید آلومینیوم به خوارک بوکسیتی، استخراج بوکسیت بایستی بصورت مدوام انجام گردد. استخراج مداوم از معادن همواره با چالش های متعددی روبرو بوده که یکی از مهم ترین این چالش ها، ریسک های ژئومکانیکی است]1[. ریسک های ژئومکانیکی در معادن روباز و شیروانی های سنگی، عمدتا با تبعات مربوط به ناپایداری و ریزش ها همراه است]2-3[. با توجه به اهمیت ریسک ها در عملیات تولید ماده معدنی و استخراج، لازم است ارزیابی ریسک های ژئوتکنیکی (GRA)]4[  و مدیریت ریسک]3[، بعنوان یکی از عوامل کلیدی در دستور کار قرار گیرد. اولین قدم در مدیریت ریسک، شناسایی خطرات و عوامل ریسک زا و آگاهی از میزان و نوع تاثیرات آن ها است]4[. روش های مختلفی برای شناسایی عوامل ایجاد کننده ریسک های ژئومکانیکی در عملیات معدنکاری وجود دارد که در عمده موارد، از روش های تجربی مبتنی بر تلفیق لایه های مختلف اطلاعاتی و تحلیل فضایی اطلاعات لایه ها استفاده می شود. با این وجود، بکارگیری این روش شناسایی ریسک های ژئومکانیکی در عملیات معدنکاری با محدودیت های زیادی همراه است. یکی از مهم ترین محدودیت این روش ها، عدم قطعیت رفتار زمین و پیچیدگی های زمین شناسی و همچنین عدم لحاظ نمودن رفتار واقعی (شواهد میدانی) از رفتار زمین است. این موارد باعث می شود که شناسایی ریسک های ژئومکانیکی در معدن کاری همواره با عدم قطعیت های بسیار زیاد همراه بوده و در نتیجه، تحلیل ریسک های ماحصل از این شناسایی ها دارای اعتبار کافی نباشد. بخش عمده ای از محدودیت های مربوط به شناسایی ریسک های ژئومکانیکی را می توان با اعمال شواهد میدانی موید رفتار واقعی زمین بصورت ژئورفرنس برطرف نمود. انجام این مهم نیازمند داده های ژئورفرنس شده از شواهد میدانی موید رفتار در حال وقوع است که این موضوع در مقاله پیش رو و با بکارگیری فنآوری نسبتا جدید ریزپرنده های کنترل از راه دور (که در جامعه امروزی تحت عنوان پهپاد شناخته می شود) و تهیه عکس های هوایی ژئورفرنس با ارتفاع پرواز بسیار پایین انجام شده است. در این مقاله، ابتدا توضیحاتی در رابطه با ریسک های ژئومکانیکی در معادن روباز با تکیه بر ناپایداری دیواره ها ارائه شده است. در ادامه، مجمعوعه معادن بوکسیت جاجرم و بطور خاص معدن گل بینی شماره (2) از این معدن معرفی شده است. سپس، با ارائه عکس هوایی ژئورفرنس این معدن، زون بندی ژئومکانیکی دیواره ها انجام شده است. در ادامه، با استفاده از تحلیل و بررس عکس هوایی ژئورفرنس، شواهد میدانی از پتانسیل های ناپایداری و ریسک های ناشی از این پتانسیل ها آشکارسازی شده است. سپس، بررسی های میدانی بر روی نواحی دارای ریسک انجام شده و شواهد میدانی این ریسک ها در جهت تایید آشکارسازی پتانسیل ها ارائه شده است. در نهایت، تحلیل ریسک برخی از این نواحی انجام شده و پیشنهادات مورد نیاز برای مدیریت این ریسک ها ارائه شده است.

2.   انواع مخاطرات ژئومکانیکی در معادن روباز

معدن کاری سطحی بدلیل انجام فعالیت های اجرایی همواره با تغییرات قابل توجهی در وضعیت اولیه زمین همراه است. این تغییرات در مواجهه با شرایط زمین شناسی مهندسی و ژئومکانیکی باعث ایجاد پتانسیل های مختلفی از ناپایداری در دیواره های معدن می شود. بطور کلی، ناپایداری بصورت هرگونه رخداد ژئومکانیکی همراه با شکست و ایجاد کننده خلل در فعالیت معدنکاری و یا بهره برداری از معدن تعبیر می شود. در متون فنی، این نوع از ناپایداری ها تحت عنوان ریزش نیز نامگذاری می شود. انواع مختلفی از ریزش های شیروانی در معادن روباز و شیروانی های سنگی امکان وقوع دارند که مکانیسم و ابعاد ریزش تابع مستقیمی از وضعیت مهندسی سنگ، تنش های برجا، ساختارهای زمین شناسی، وضعیت آب زیرزمینی، ناپیوستگی های ساختاری توده سنگ و ابعاد و هندسه معدن (ارتفاع پله ها، شیب پله ها، ارتفاع کلی شیروانی معدن و شیب کلی معدن) است. در این میان، وضعیت ساختاری و ناپیوستگی های توده سنگ نقش کلیدی در مکانیسم ناپایداری و ریزش دارند. این ناپایداری ها از نظر مقیاس به چهار دسته شامل، سقوط سنگ، ریزش پله، ریزش بین رمپی و ناپایداری کلی (زمین لغزش) دیواره معادن تقسیم بندی می شوند. از نقطه نظر وضعیت ساختاری (زمین شناسی مهندسی)، نیز می توان شیروانی های معادن روباز را به دو دسته کلی همگن و ناهمگن تقسیم‏‌بندی نمود. در شیروانی ‏های همگن غالباً شکست‏‌های قاشقی و در شیب‏های ناهمگن معمولاً شکست به صورت لغزش صفحه‏ای، گوه‏ای، واژگونی یا ترکیبی از چند نوع شکست حادث می شود. در ادامه، برخی از مهم ترین انواع ناپایداری در شیروانی های سنگی توضیح داده شده است.

1-2- شکست صفحه ای

شکست صفحه ای می تواند در طول انواع ناپیوستگی ها و در مقیاس پله،  بین رمپی و دیوارۀ کلی معدن رخ دهد. این نوع شکست زمانی رخ می دهد که کلیه شرایط شکست وجود داشته باشد. شرایط عمومی شکست صفحه‌ای عبارتند از:

1- سطح لغزش (ناپیوستگی) دارای شیبی کمتر از شیب دیواره شیروانی باشد.
2- شیب سطح لغزش (ناپیوستگی) از زوایه اصطکاک سطح لغزش بیشتر باشد.
3- اختلاف زاویۀ بین امتداد دیواره و ناپیوستگی کمتر از 20 درجه باشد.

2-2- شکست گوه ای

شکست گوه ای محتمل ترین نوع ناپایداری در شیروانی های سنگی است. در این نوع ریزش، بلوک ناپایدار بدلیل تقاطع دو سطح ناپیوستگی ساختاری و دو سطح آزاد تشکیل می شود. بر اساس هندسۀ گوه می توان شرایط ریزش گوه ای را به صورت زیر بیان کرد:

1- دو صفحۀ مربوط به ناپیوستگی ها دارای خط تقاطع باشند.
2- پلانج (میزان شیب) خط تقاطع باید مسطح تر (دارای شیب کمتر) نسبت به شیب دیوارۀ مورد تحلیل باشد و نیز از مقدار زاویۀ اصطکاک داخلی هر دو صفحۀ ناپیوستگی بیشتر باشد.
3- جهت شیب خط تقاطع باید به سمت خارج از دیواره باشد (جهت شیب خط تقاطع و دیواره در یک سمت باشد).

3-2- ریزش واژگونی

شکست واژگونی معمولا با دو مکانیسم واژگونی خمشی و واژگونی بلوکی رخ می دهد. واژگونی بلوکی زمانی در سنگ های سخت رخ می دهد که ستون های منفرد از مجموعه ناپیوستگی هایی که به سمت داخل دیواره شیب زیادی دارند، تشکیل شده باشد و مجموعه ای از ناپیوستگی های ثانویه که ناشی از درزه های متعامد وسیعی می باشند، ارتفاع هریک از ستون ها را تعیین می نماید. ستون های کوچک که در پاشنه ی دیواره ایجاد می شوند توسط نیروهای وارده از ستون های واژگون شدۀ بلندتر که در پشت این بلوک ها قرار دارند، به سمت جلو رانده می شوند و این لغزش ها که در قسمت پاشنه ایجاد می شوند باعث واژگون شدن بلوک های بالاتر می گردند. صفحۀ اصلی در ریزش واژگونی خمشی به خوبی ریزش واژگونی بلوکی قابل تشخیص نیست. لغزش، حفاری و فرسایش پاشنۀ دیواره باعث آغاز پروسه واژگونی خمشی می گردد.

3-4- ریزش توده ای یا دایره ای (قاشقی)

ریزش توده ای یا شکست قاشقی شیروانی معمولا در زمین های دارای رفتار پیوسته مکانیکی رخ می دهد. شایع ترین زمین پیوسته مربوط به نواحی با نهشته های خاکی است. همچنین، توده سنگ های بشدت خردشده، آلتره و زون های گسلی و یا توده سنگ های دارای شکستگی های متعدد با شکستگی های ممتد نیز این نوع از ریزش را تجربه می کنند. در توده های خاکی و یا سنگ بشدت خرد شده، سطح لغزش مربوط به ریزش توده ای معمولا مستقل از ناپیوستگی های ساختاری بوده و عمدتا بصورت یک سطح قاشقی شکل حادث می شود. در مورد شیب های بلند معدنی، معمولا این نوع ریزش در ترکیب با یک سطح لغزش ناشی از ناپیوستگی های ساختاری (مثل لایه های ضعیف آبدار، گسل و یا زون های برشی) نیز حادث می شود.

3. معرفی معدن مورد مطالعه

عمده‌ترین منبع تولید آلومینیوم مواد معدنی بوکسیت است که مهم‌ترین معدن آن در جاجرم واقع شده است. بوكسيت جاجرم در رده بوكسيتهاي لايه‌اي – لنزی قرار دارد. گسترش بوكسيت عموما” بصورت لايه اي است. ماده معدنی بر روي سطح کارستی دولومیت­های سازند اليكا و در زير شيل‌ها و ماسه‌ سنگ‌هاي سازند شمشك قرار گرفته است. لايه بوكسيتی داراي ضخامت و كيفيت يكساني نيست و بطور كلي ضخامت بوكسيت بين كمتر از يك متر تا حدود 40 متر و بيشتر تغيير مي‌كند.

مجموعه معادن بوکسیت جاجرم در حدود 15 کیلومتری شهرستان جاجرم واقع شده است. این مجموعه معادن، شامل 19 معدن اصلی بوده که که این معادن در یک پهنه شرقی-غربی و بطول حدود 16 کیلومتر واقع شده است. این معادن در مجاورت یکدیگر قرار گرفته که این پهنه توسط سه گسل اصلی از یکدیگر منفک شده اند. بر این اساس، معادن از غرب به شرق به نام های، گل بینی یک تا هشت، ، زو یک تا چهار ، تاگوئی يك تا شش و سنگ تراش نام گذاری شده است. طول معادن جارجرم حدود 16 کیلومتر بوده که از نظر ژئومکانیکی یک پهنه فوق العاده وسیع شناخته می شود. طول زیاد برخی از معادن نظیر معادن بوکسیت جاجرم  باعث می شود تا در طول مسیر شرایط زمین شناسی و ناپیوستگی­ها متنوع بوده و ویژگی های ژئومکانیکی توده­سنگ تغییرات زیادی داشته باشد. در نتیجه، شناسایی عوامل موثر در ریسک های ژئوتکنیکی در این پهنه کاری بسیار طاقت فرسا و فوق العاده پیچیده است. با توجه به این پیچیدگی، استفاده از ابزارهای بروز با کارآیی بسیار بیشتر مورد نیاز خواهد بود. در این مقاله سعی شده شناسایی مخاطرات و زون­بندی ژئوتکنیکی معادن بوکسیت جاجرم با کمک عکس­های هوایی ژئورفرنس با استفاده از فناوری پهبادی انجام شود. طول زیاد معادن نظیر معادن بوکسیت جاجرم  باعث می شود تا در طول مسیر شرایط زمین شناسی و ناپیوستگی­ها متنوع بوده و ویژگی های ژئومکانیکی توده­سنگ تغییرات زیادی داشته باشد. بنابراین جهت شناسایی و مدیریت ریسک­های ژئومکانیکی در اینگونه معادن بایستی زون­بندی ژئوتکنکی انجام گردد. در این مقاله سعی می­شود شناسایی مخاطرات و زون­بندی ژئوتکنیکی معادن بوکسیت جاجرم با کمک عکس­های هوایی (پهبادی) انجام شود. بدین منظور، معدن گل بینی شماره (2) بعنوان محدوده مطالعاتی انتخاب شده است. معدن گلبینی شماره 2 در منطقه معدنی جاجرم در طول جغرافیایی 453400 الی 454150 و عرض جغرافیایی 4100500 الی 4101000 واقع گردیده است. این معدن توسط دو گسل بزرگ امتداد لغز با راستای شمالی غربی- جنوبی شرقی از دو معدن گلبینی 1 و 3 جدا گردیده است. این معدن دارای طول بیش از 800 متر بوده که دارای راستای شمال شرقی، جنوب غربی می­باشد. این معدن از دو سازند اصلی شمشک (Js) و الیکا (TRe) تشکیل شده که لایه بوکسیتی (BX) بین این دو سازند قرار گرفته است. سازند شمشک کمر‏بالای ماده‏معدنی است و از لایه‏های ماسه‏سنگ، سیلت و شیل تشکیل شده است و سازند الیکا کمرپایین ماده­معدنی و از توده­سنگ دولومیت تشکیل شده است. واحد بوکسیتی بر روی سازند الیکا(دولومیت) قرار گرفته است. نمای کلی از سازندهای شمشک، لایه بوکسیت و سازند الیکا در معدن گل بینی شماره 2 در شکل 1 نشان داده شده است.

شکل 1- افق بوكسيت در همبري سازند شمشك (Js) و سازند اليكا (TRe) در نيمه غربي پيت معدن گل‌بيني 2

4.  استفاده از تصاویر پهبادی در مدیریت ریسک

اکتشاف، استخراج، فرآوری و فروش مواد معدنی چند بخش از صنعت بزرگ مقیاس معدنکاری هستند. این وسعت و بزرگی می تواند با مشکلات عدیده ای نیز در سایت پروژه روبرو شود. خوشبختانه با پیشرفت تکنولوژی و استفاده از نقشه برداری به کمک پهپادها و با یک مدیریت صحیح، همه افراد درگیر در پروژه می توانند فعالیت های مربوطه را از راهی امن، سودآور، کارآمدتر و آگاهانه انجام دهند. پهپادها توانسته اند خود را در صنعت معدنکاری به عنوان جایگزینی کارآمد برای روش های مبتنی بر نظارت زمینی ثابت کنند. تکنولوژی پهپاد فراتر از نقشه برداری است، عکس های هوایی و ویدئوهای تهیه شده براین اساس می توانند به منظور طیف وسیعی از کاربردها مورد استفاده قرار گیرند. در این مقاله از عکس های هوایی ژئورفرنس حاصل از برداشت های مبتنی بر پرواز ارتفاع پایین با استفاده از پهپاد برای مقاصد مدیریت ریسک و با تمرکز بر شناسایی ریسک های ژئومکانیکی استفاده شده است.

قبل از استفاده از تکنولوژی پهپاد، عملیات مانیتورینگ مشاهده ای دیواره های معدن توسط کارشناس ژئوتکنیک مستقر در محل معدن انجام می شد. امروزه با استفاده از تصاویر برداشت شده به کمک پهپاد، امکان انجام بازرسی های مستمر با هزینه کمتر و ایمنی بالاتر فراهم شده است. همچنین تهیه نقشه گسل های اصلی و پدیده های خطی زمین مانند ترک های کششی روی دیواره ها در مطالعات منابع بسیار مهم می باشد زیرا بسیاری از ناپایداری ها اصلی و ریسک های بزرگ معادن توسط همین خطوط گسل ها رخ می هند. بدین منظور، لازم است بعد از برداشت های هوایی، عکس های حاصل با استفاده از پردازش های مورد نیاز بصورت خروجی های ژئورفرنس تبدیل شود. در ادامه، با بررسی شواهد میدانی از روی عکس های هوایی، مختصات نواحی پر ریسک براحتی قابل استخراج بوده و بر این اساس، می توان بررسی های میدانی را با سرعت و دقت بسیار بیشتری انجام داد. این موضوع در ادامه بطور خلاصه تشریح شده است.

فعالیت های معدنی و بطور کلی فعالیت های مرتبط با حوزه علوم زمین، همواره با متغیر­هایی زیاد از جمله شرایط متغیر و نامطمئن (عدم قطعیت) همراه هستند. حضور عدم قطعیت در پروژه به معنای تحمیل ریسک در انجام  آن عملیات است. از جمله دلایل ریسک بالا در عملیات معدنکاری را می­توان به ناشناخته بودن زمین، وجود یا عدم وجود آب­های زیرزمینی، محدود بودن فضای کاری، کار کردن با ماشین­آلات سنگین، محدودیت در تعیین نوع هندسه تک­ پله­ها و شیب کلی معدن، انواع ریزش­ دیواره­های معدن و مواردی از این قبیل اشاره کرد. این موارد باعث می شود که در عمل، فرآیند معدن کاری یک فعالیت در برگیرنده انواع مختلف ریسک همراه با عدم قطعیت های مختلف باشد. حذف این ریسک ها عملا امکان پذیر نبوده (در عمده موارد بدلیل پیچیدگی زیاد فرآیندهای مرتبط با رفتار زمین، عدم قطعیت های ذاتی و همچنین مسائل اقتصادی) و بنابراین در مجموعه فعالیت های مهندسی سطحی از ریسک بصورت قابل قبول مورد پذیرش خواهد بود. با این وجود، برای حفظ کارآیی سیستم، لازم است سطح ریسک ها در حد مقبول نگه داشته شود. این مهم با استفاده فرآیند ارزیابی ریسک و مدیریت ریسک انجام می شود.

نقش ارزیابی ریسک در مدیریت بسیاری از فعالیت­ها از جمله معادن بخوبی پذیرفته شده است، این نقش به وسیله مدیریت ریسک در 4 مرحله ( فرآیند سیستماتیک در شناسایی، تجزیه و تحلیل و واکنش به ریسک پروژه به منظور بیشینه کردن نتایج و وقایع مثبت و کمینه کردن احتمال اثر یا وقوع پیامد­های ناگوار بر اهداف پروژه) توصیف می­شود. مراحل مدیریت ریسک به شرح زیر می­باشد:

1- شناخت ریسک (شناختن خطرات و موقعیت آن¬ها و پتانسیل ایجاد صدمات و تلفات).
2- تجزیه و تحلیل ریسک (تحلیل شدت خطر و احتمال وقوع ناخواسته آن).
3- برنامه¬ریزی و تصمیم گیری بر روی روش¬های پیشگیری مناسب به منظور کاهش و کنترل خطرات غیرقابل پیش¬بینی
4- کنترل ریسک و پیاده¬سازی آن (انجام اقدامات کنترل مؤثر)

در سیستم­های مدیریت ریسک تدوین شده برای محیط­های دارای عدم قطعیت زیاد، بخصوص در ارتباط با زمین و فعالیت­های معدنی تأکید عمده به مراحل شناسایی و کنترل ریسک می­باشد. مرحله شناسایی ریسک بخش کلیدی از مجموعه اجزای مدیریت ریسک بوده که تاثیر قابل توجهی بر عملکرد مدیریت ریسک خواهد داشت. با توجه به پیچیدگی های زمین، انجام این مهم نیازمند بکارگیری مدل مناسب خواهد بود که در این مقاله، این مهم با استفاده از بکارگیری تصاویر ژئورفرنس حاصل از برداشت پهپاد انجام شده است. در بخش بعد، این موضوع برای مطالعه موردی تشریح شده است.

5.  شناسایی ریسک های ژئوتکنیکی معدن گلبینی 2

جهت تهیه عکس های هوایی ژئورفرنس از معدن، از برداشت پهبادی ارتفاع پایین با مسیر پرواز از پیش تعیین شده انجام شد. مسیر بگونه ای در نظر گرفته شد که کل محدوده معدن را پوشش دهد. همچنین، طراحی مسیر پرواز بگونه ای باید انجام شود که عکس های حاصل حداقل 70 درصد با یکدیگر همپوشانی داشته باشند. این همپوشانی باید هم در جهت عرضی و هم در جهت طولی رعایت شود. پرواز جهت ژئورف کردن تصاویر پهبادی،  عکس ها بایستی حداقل 70 درصد با یکدیگر همپوشانی داشته باشند. ارتفاع پرواز نیز بر اساس دقت مورد نیاز و میزان رزولوشن دوربین پهپاد انتخاب می گردد. بنابراین پرواز به صورت پروژه از پیش تعریف شده و اتوماتیک روی خطوط پرواز انجام می شود. همچنین سایر تنظیمات مربوط به دوربین پهباد (پارامترهای تصویر) متناسب با وضعیت جوی انجام می شود. بعد از انجام پرواز، عکس های حاصل مورد پردازش قرار گرفته و در صورت نیاز توسط نرم افزار اصلاح می شود. در این مرحله، مختصات نقاط کنترلی زمینی بر روی عکس های حاصل کنترل می گردد. در صورتی که عکس برداری با سیستم RTK (و یا PPK) انجام نشده باشد و یا مختصات نقاط کنترلی زمینی با مختصات دیجیتال همخوانی نداشته باشد، اصلاحات لازم بر روی عکس ها انجام می گردد. در ادامه، با انجام یک سری پردازش، خروجی های مختلفی حاصل می شود که یکی از این خروجی ها عکس های ژئورفرنس برای کل محدوده پرواز است. بعد از تهیه عکس هوایی ژئورفرنس، می توان از این تصاویر برای زون بندی ژئومکانیکی، شناسایی نواحی پر ریسک دارای شواهد میدانی و همچنین افزودن سایر لایه های اطلاعاتی ژئورفرنس استفاده نمود. بطور کلی  مراحل شناسایی و مدیریت ریسک با کمک تصاویر هوایی ژئورفرنس به شرح زیر در نظر گرفته شده است:

1- تهیه عکس هوایی ژئورفرنس و پردازش های اولیه و ساخت مدل ارتفاعی DEM
2- اضافه نمودن لایه های اطلاعاتی مهم مثل آرایش و موقعیت گسل های معدن
3- زون¬بندی ژئوتکنیکی با استفاده از عکس¬های هوایی و وضعیت کلی دیواره¬های معدن
4- بررسی تلفیقی عکس هوایی همراه با سایر اطلاعات و شناسایی نواحی پر ریسک
5- بازدید میدانی جهت انطباق و صحت¬سنجی شواهد موجود روی عکس¬های هوایی و تایید شناسایی ریسک¬های موجود
6- آنالیز کیفی ریسک¬های شناسایی شده
7- ارائه راهکار و مدیریت ریسک¬های موجود
8- مانیتورینگ مناطق پرریسک با کمک پهباد و سایر سیستم های ابزاردقیق

نمای کلی از عکس هوایی ژئورفرنس همراه با برهم نشانی لایه اطلاعات مربوط به گسل های معدن گل بینی 2 در شکل 2 نشان داده شده است. مطابق با این شکل، هر نقطه از محدوده داخل عکس هوایی دارای مختصات دقیق کارتزین بوده و لایه اطلاعاتی مربوط به گسل ها نیز عینا در مختصات واقعی خود قرار گرفته است.

 شکل 2- تصویر هوایی ژئورفرنس گلبینی 2 همراه با لایه گسل­­های اصلی و زون یندی ژئوتکنیکی معدن

بعد از تهیه عکس هوایی ژئورفرنس همراه با برهم نشانی لایه اطلاعات مربوط به گسل های معدن گل بینی 2، دیواره های کمربالای معدن از نقطه نظر وضعیت توپوگرافی، گسل های دیواره، جهت شیب دیواره ها، وضعیت محدوده پشت شیروانی و وضعیت عمومی، زون بندی شد. انتخاب ایستگاه ها و زون بندی بگونه ای انجام شده که هر زون، وضعیت عمومی در ناحیه تأثیر ایستگاه را تا حدود زیادی پوشش دهد. به همین دلیل در نواحی که شرایط میدانی و زمین­شناسی مهندسی دیواره­ها دارای تغییرات شاخصی بود، یک زون یا ایستگاه مجزا در نظر گرفته شد. بر این اساس، تعداد 8 زون ژئومکانیکی در طول دیواره کمربالای معدن تعیین شد. این زون های ژئومکانیکی بر اساس موقعیت و با الگوی PB-St (برای دیواره های جانبی معدن) و الگوی UP-St  (در طول دیواره اصلی طولی معدن) نامگذاری شدند. برای هر ایستگاه نیز یک شماره انتخاب شده که در انتهای نام الگوی هر زون قید شده است. موقعیت این 8 زون ژئومکانیکی کمربالا در شکل (2) نیز نشان داده شده است. پس از زون­بندی ژئوتکنیکی، بررسی عکس­های هوایی و بازدیدهای میدانی سه ایستگاه 5، 6 و 7 بعنوان زون­های ژئوتکنیکی پرریسک روی دیواره شمشک شناسایی شدند. در ادامه، مراحل ارزیابی و مدیریت ریسک در این سه زون تشریح شده است. پس از بررسی عکس­های هوایی مربوط به زون 5، شواهدی از ترک­های کششی در این بخش از معدن در عکس هوایی مربوط به دو سال پیش وجود داشت (شکل 3). پس از بررسی عکس­های هوایی، بازدید میدانی جهت انطباق و صحت­سنجی شواهد موجود انجام شد. مطابق شواهد میدانی در بازه زمانی چند ماهه اخیر، باطله برداری در این بخش از معدن انجام شده که با پسروی دیواره معدن به سمت شمال، ترک­های کششی نیز همراه با باطله­برداری به سمت شمال منتقل شده و مجددا تکرار شده است. بعبارت دیگر، در این بخش از معدن به دلیل ضعیف بودن توده تشکیل دهنده دیواره، ترک­های کششی از قبل نیز ایجاد شده بود که با باطله­بردای و برداشت این بخش از معدن، این ترک­های کششی مجددا در فاصله 30 متر عقب از محل وقوع ترک­های کششی قبلی ایجاد شده است (شکل 3). تکرار ترک­های کششی در این محدوده بعنوان یک شاخص کلی برای وجود پتانسیل ناپایداری در این بخش از معدن بشمار می­رود.

بررسی عکس­های هوایی مربوط به دو سال قبل در زون 6 نیز حاکی از وجود ترک­های کششی در پشت سر ترانشه­های این محدوده است. نمای کلی از ترک­های کششی در سر ترانشه برم اول (از بالا) در این محدوده از معدن در شکل  4  نشان داده شده است. پس از بررسی­های میدانی مشخص شد که وجود ترک­های کششی در این محدوده، وجود زون هوازده سطحی با ضخامت نسبتاً زیاد، برونزد آب زیرزمینی و و وجود زون گسله پشت سرترانشه بعنوان شاخص­ها و عوامل اصلی برای ایجاد پتانسیل ناپایداری در این بخش از معدن بشمار می­رود. بنابراین انجام مطالعات تکمیلی در این محدوده (برداشت گسل­ها، ثبت منظم وضعیت آب­های زیرزمینی، تعیین زون­های ضعیف و هوازده، تعیین محدوده­های پرریسک) و پایش منظم این محدوده امری بسیار ضروری خواهد بود. طول ترک های کششی شناسایی شده در این محدوده بسیار زیاد بوده و این موضوع بعنوان یک نشانه جدی از وجود چالش های بسیار زیاد در آینده خواهد بود. در این بخش از معدن، پیش بینی می شود که وضعیت سطح الارض بسیار پیچیده باشد. به همین دلیل، برای این محدوده، انجام مطالعات میدانی بویژه حفر گمانه های ژئوتکنیکی و پایش منظم باید دستور کار قرار گیرد. نمایی از وضعیت مهندسی سنگ و جابجایی های خارج از عرف این محدوده از معدن (با فاصله زمانی حدود دو سال بعد از تصویربرداری هوایی و شناسایی ریسک های این محدوده) در شکل 5 نشان داده شده است.

شکل5- وضعیت میدانی توده سنگ در محدوده زون 6 بعد از عملیات اجرایی

در زون 7 این معدن مسائل و چالش­های متعددی وجود داشته که می­توان به عوارض زمین­ساختاری شامل گسل با اثر بسیار زیاد بر روی کیفیت توده­سنگ و پایداری شیروانی، ریزش­های موضعی بسیار زیاد، فاصله بسیار نزدیک از جاده آسفالته (ریسک ناپایداری و ریزش جاده دسترسی آسفالته) و شواهد وجود آب زیرزمینی موضعی اشاره کرد. بخشی از این مسائل از روی عکس­های هوایی ژئورفرنس این محدوده آشکارسازی شده است. این موارد در شکل 6 و بر روی عکس هوای ژئورفرنس شده محدوده مارک شده است. اهمیت این موارد در بازدید های میدانی نیز بیش از پیش آشکار شده است. در حقیقت، با توجه به عکس هوایی معدن، این محدوده بعنوان یک زون پر ریسک شناسایی شد که بازدید های میدانی نیز بر پرریسک بودن این ناحیه را تایید می کند. مطابق بازدید­های میدانی در پله­های بالایی محدوده زون 7 ریزش­های موضعی متعددی در پله­ها و ترک­های کششی زیادی در سربرم­ها وجود دارد که این زون از نظر شدت و نوع ریزش­ها و ناپایداری­های موضعی به سه زیر بخش 1 و 2 و 3 شماره گذاری و تقسیم­بندی شده است. این موارد در شکل 7 نشان داده شده است. مطابق با شکل (7)، در بالادست دیواره فعلی مربوط به محدوده زون 7، جاده دسترسی آسفالته معدن و خطوط انتقال برق حضور دارند. مطابق برداشت­های میدانی این محدوده دارای شواهد متعدد از احتمال وقوع ریزش در دیواره­های معدن و محدوده پیت است. در صورت وقوع ناپایداری در این بخش از معدن، بخشی از دیواره پیت و جاده آسفالته و احتمالاً بخشی از پایه­های مربوط به خط انتقال برق دچار آسیب خواهد شد. وقوع ریزش دیواره معدن، عوارض و مخاطرات جانبی را برای مستحداث بالادست معدن ایجاد خواهد کرد. بنابراین بکارگیری فرآیند مدیریت ریسک برای این موضوع بسیار ضروری خواهد بود.

7- آنالیز کیفی ریسک­های شناسایی شده

بمنظور بکارگیری فرآیند مدیریت ریسک در خصوص زون­های 6 و 7 و 8،  از دستورالعمل های مختلف پیشنهادی و نقاط اشتراک استانداردهای مختلف استفاده شده است. مطابق با  عموم دستورالعمل ها و استاندادرهای موجود، برای پیاده سازی مدیریت ریسک در پروژه های معدنی لازم است سه مرحله اساسی شامل شناسایی مخاطرات، کلاس بندی (فراوانی، مخاطرات، تبعات و ریسک) و ارزیابی ریسک انجام شود. بدین منظور، ابتدا لازم است پیشآمدهای ریسک زای مجزا (از نظر ژئومکانیکی) پیش بینی شود که این موضوع در فرآیند مدیریت ریسک تحت عنوان شناسایی مخاطرات نامگذاری می شود. این موضوع در بخش های پیشین انجام شده که مخاطره مورد بحث، در هر زون به شرح جدول 1 است.

در مرحله بعد، برای پیاده سازی مدیریت ریسک لازم است کلاس بندی برای سه موضوع 1-فراوانی یا احتمال وقوع، 2- تبعات ناشی از هر یک از مخاطرات و 3-میزان ریسک انجام شود. سیستم کلاس بندی ریسک برای هر مخاطره باید بر اساس فراوانی و تبعات ناشی از هر مخاطره بگونه ای تهیه شود که نحوه اقدامات لازم (پاسخ به ریسک) در سطح ریسک را بیان کند. این مهم برای زون شماره (7) بعنوان یکی از بحرانی ترین زون های معدن گل بینی شماره 2 انجام شده که در ادامه توضیح داده شده است.

با توجه به توضیحات پیشین و رخداد مکرر ریزش­های موضعی در زون شماره 7 بر اساس ترک­های کششی، گسل­ها و برونزد آب­های زیرزمینی در این نواحی، در سطح یا کلاس بسیار محتمل (Very Likely) قرار می گیرد. بعد از تعیین کلاس فراوانی مخاطره، لازم است کلاس تبعات ناشی از وقوع مخاطره تعیین شود که با وجود اینکه ترک­های کششی در طرح موقت(دوره­ای) معدن قرار دارند و عمده ریزش­های قبلی بصورت تک پله و مقطعی بوده است، اما به دلیل نزدیکی برم بالایی به سطح جاده آسفالت و وجود تیر­های برق در نزدیکی برم بالایی معدن هرگونه ریزشی در این ناحیه خطرناک بوده و تبعات ناشی از هرگونه ریزش احتمالی در این ناحیه زیاد خواهد بود. از طرف دیگر، هزینه های ریزش برداری و یا ایجاد مسیر دسترسی جدید بسیار زیاد بوده و در صورت وقوع ناپایداری در زمان فعالیت های اجرایی، تاخیرات قابل توجهی را به معدن تحمیل خواهد کرد. با توجه به جمیع موارد فوق، تبعات ناشی از مخاطره ریزش در این محدوده از معدن در کلاس شدید (Severe) دسته بندی می شود. با توجه به این تفاسیر و مطابق با ماتریس ارزیابی ریسک (جدول 2)، ریسک این مخاطره در کلاس غیرقابل پذیریش (Unacceptable) خواهد بود.

جدول2- ارزیابی کیفی ریسک ناپایداری در زون شماره 7 کمربالای معدن (بر اساس روش ماتریسی 5 در 5)

مطابق با ارزیابی ریسک محدوده مورد بررسی و مخاطره شناسایی شده، این مخاطره دارای ریسک با کلاس غیرقابل پذیریش است. مطابق با عموم دستورالعمل ها و استانداردهای مدیریت ریسک، این سطح ریسک به هیچ وجه مورد پذیریش نبوده و لازم است با انجام اقدامات لازم، سطح ریسک مخاطره حداقل به سطح غیردلخواه و صرف نظر از میزان هزینه (حتی با وجود نیاز به هزینه زیاد) تقلیل یابد. بنابراین، لازم است پاسخ متناسب به این ریسک در محدوده مورد نظر انتخاب شود.

معمولا برای پاسخ دهی به ریسک، در مرحله اول باید استراتژی پاسخ تعیین شود. برای ریسک های منفی (مخاطرات با اثرات منفی) یا تهدیدها، پنج استراتژی مختلف شامل، 1-انتقال (Transfer)، 2-اجتناب (Avoid)، 3-کاهش یا تعدیل (Mitigate)، 4-پذیریش فعال (Active Accept) و 5-بالاسپاری (Escalate) وجود خواهد داشت که انتخاب استراتژی به عوامل متعددی وابسته است. برای محدوده مورد مطالعاتی و بر اساس شرایط میدانی و سایر شرایط مترتب بر محدوده اجرایی، بطور همزمان دو استراتژی پاسخ به ریسک از نوع پذیرش فعال (Active Accept) و کاهش یا تعدیل (Mitigate) پیشنهاد می شود. در این حالت لازم است انتقال جاده دسترسی آسفالته و مستحداث مربوط به انتقال برق به محدوده ایمن انجام شده و مانیتورینگ و رفتارسنجی در این بخش از معدن بطور مناسبی انجام شود. بر اساس ارزیابی نتایج حاصل از رفتارسنجی و درصورت وقوع شرایط نامناسب، لازم است مسیر تردد در این ناحیه مسدود شده و فعالیت­های اجرایی در کف پیت این بخش از معدن متوقف شده و بلافاصله گزینه کاهش یا تعدیل مانند کاهش شیب پله، افزایش عرض برم ایمنی و …بعنوان استراتژی پاسخ در نظر گرفته شود.

8. نتیجه گیری

هدف از این مقاله شناسایی مخاطرات و مدیریت ریسک­های موجود در معدن بوکسیت شماره 2 گلبینی جاجرم با کمک تصاویر پهبادی است. به همین منظور عکس­های هوایی ژئورفرنس محدوده معدن توسط پهباد تهیه شد و بر اساس تغییرات ژئوتکنیکی و در فواصل 50 تا100 متری، دیواره شمشک معدن گلبینی 2 به 8 زون ژئوتکنیکی تقسیم شد. پس از زون­بندی ژئوتکنیکی، بررسی عکس­های هوایی و بازدیدهای میدانی سه ایستگاه 5، 6 و 7 بعنوان زون­های ژئوتکنیکی پرریسک روی دیواره شمشک شناسایی شدند. با بررسی عکس­های ژئورفرنس هوایی شواهدی از وجود ترک­های کششی در هر سه زون مذکور مشاهده شد که بازدید میدانی حاکی از انطباق نتایج با عکس­های هوایی می­باشد. همچنین در زون ژئوتکنیکی 7 مواردی از قبیل نزدیکی لبه پله اول به جاده آسفالته اصلی معدن و وجود تیر­های برق کنار جاده آسفالته بعنوان مخاطرات اصلی این ناحیه شناسایی شدند. مطابق با ارزیابی ریسک محدوده مورد بررسی و مخاطره شناسایی شده، این مخاطره دارای ریسک یا کلاس غیرقابل پذیریش است. برای محدوده مورد مطالعاتی همزمان دو استراتژی پاسخ به ریسک از نوع پذیرش فعال و کاهش یا تعدیل پیشنهاد شد. در این حالت پیشنهاد شد انتقال جاده دسترسی آسفالته و مستحداث مربوط به انتقال برق به محدوده ایمن انجام شده و مانیتورینگ و رفتارسنجی در این بخش از معدن بطور مناسبی انجام شود. بر اساس ارزیابی نتایج حاصل از رفتارسنجی و درصورت وقوع شرایط نامناسب، لازم است مسیر تردد در این ناحیه مسدود شده و فعالیت­های اجرایی در کف پیت این بخش از معدن متوقف شده و بلافاصله گزینه کاهش یا تعدیل مانند کاهش شیب پله، افزایش عرض برم ایمنی و …بعنوان استراتژی پاسخ در نظر گرفته شود.

9. مراجع

[1]. Read, J., Stacey, P., 2010. Guidelines for Open Pit Slope Design. CSIRO.

[2]. Denby, B., Kizil, M.S., 2014. An application of expert systems in geotechnical risk assessment for surface coal mine design. International Journal of Surface Mining, Reclamation and Environment, 5:2, 75-82, DOI:10.1080/09208119108944289

[3]. de Graaf, P.J.H., Wessels, S.D.N., 2016. A framework for managing geotechnical risk across multiple operations. The Journal of The South African Institute of Mining and Metallurgy, 116, 367-377. http://dx.doi.org/10.17159/2411-9717/2016/v116n5a2

[4]. Mishra, R.K., Rinne, M., 2014. Guidelines to Design the Scope of a Geotechnical Risk Assessment for Underground Mines. Journal of Mining Science, 50, 4, 745–756.