भूमिगत धातु खनन के लिए प्रमुख प्रौद्योगिकियों में हालिया प्रगति
भूमिगत धातु खनन एक जटिल प्रणाली है जिसमें विकास, स्टॉप की तैयारी (अयस्क का निर्धारण और स्थापना), और निष्कर्षण शामिल हैं, और प्रत्येक चरण में विस्फोट आवश्यक है। इसलिए, सुरक्षित और कुशल विस्फोट करना खनन इंजीनियरों के लिए एक प्रमुख अनुसंधान लक्ष्य है। धातु खदानें अब उथले से गहरे खनन, आसान से कठिन परिस्थितियों और उच्च श्रेणी के अयस्क से निम्न श्रेणी के अयस्क की ओर एक महत्वपूर्ण परिवर्तन के दौर से गुजर रही हैं, जिससे सिद्धांत, प्रौद्योगिकी और उपकरणों के लिए नई चुनौतियाँ उत्पन्न हो रही हैं। इसलिए भूमिगत खनन के लिए प्रमुख प्रौद्योगिकियों पर अनुसंधान विशेष रूप से महत्वपूर्ण हो गया है। वर्तमान प्रगति पाँच क्षेत्रों पर केंद्रित है: ड्रिलिंग और विस्फोट, सामग्री परिवहन और उत्थापन, चट्टान सुदृढ़ीकरण, पेस्ट फिलिंग और रिमोट कंट्रोल। यह समीक्षा प्रत्येक क्षेत्र में विकास और हाल की प्रगति का सारांश प्रस्तुत करती है।
ड्रिलिंग और ब्लास्टिंग धातु खनन में प्रमुख तकनीकें बनी हुई हैं, लेकिन ऐतिहासिक रूप से ये एक कमजोर कड़ी भी रही हैं। ड्रिलिंग और ब्लास्टिंग की दक्षता में सुधार सुरक्षित और उत्पादक भूमिगत खनन के लिए अत्यंत महत्वपूर्ण है। समय के साथ, उद्योग ने मैनुअल ड्रिलिंग से लेकर वायवीय और हाइड्रोलिक ड्रिल, फिर ड्रिलिंग जंबो (रोटरी और डाउन-द-होल रिग सहित) और अब ड्रिलिंग रोबोट की ओर प्रगति की है। रुझान साधारण मशीनीकरण से हटकर स्वचालन, बुद्धिमत्ता और पर्यावरण संरक्षण की ओर बढ़ रहा है।
विभिन्न भू-स्थितियों के अनुकूल कई प्रकार के ड्रिलिंग रिग देश और विदेश में विकसित किए गए हैं। हाल के वर्षों में, उन्नत ड्रिलिंग उपकरणों के साथ, कुछ देशों (विशेष रूप से संयुक्त राज्य अमेरिका और कनाडा) ने बड़े पैमाने पर ओपन-पिट ड्रिलिंग/ब्लास्टिंग विधियों को भूमिगत उपयोग के लिए अनुकूलित किया है: कुछ मामलों में, खंडित मध्यवर्ती-गहराई वाले बोरहोल को बड़े व्यास वाले चरणबद्ध गहरे छेदों से प्रतिस्थापित किया गया है, जिससे अनुकूल परिणाम प्राप्त हुए हैं। उदाहरण के लिए, स्वीडन ने उच्च ड्रिलिंग दक्षता, बेहतर सुरक्षा और कम प्रदूषण वाले टनलिंग जंबो की एक श्रृंखला विकसित की है; घरेलू स्तर पर, गतिशीलता, ड्रिलिंग और चार्जिंग संचालन को एकीकृत करने वाले पूरी तरह से कंप्यूटर-नियंत्रित तीन-भुजा वाले जंबो विकसित किए गए हैं, जो सरल संचालन, उच्च सुरक्षा और कम लागत प्रदान करते हैं। ये प्रणालियाँ ड्रिलिंग की गुणवत्ता और दक्षता में सुधार करती हैं, साथ ही श्रम तीव्रता और परिचालन जोखिम को कम करती हैं, स्वचालन, बुद्धिमत्ता और पर्यावरणीय प्रदर्शन को बढ़ावा देती हैं।
भूमिगत परिस्थितियाँ और सड़क निर्माण एवं खनन की आवश्यकताएँ भिन्न-भिन्न होने के कारण, विस्फोट विधियाँ भी विविध हैं। लघु-विभेदक-आवेश विस्फोट, निचोड़ विस्फोट और समोच्च (चिकनी सतह) विस्फोट जैसी तकनीकें व्यापक रूप से उपयोग की जाती हैं और कई स्थितियों में विस्फोट के परिणामों में सुधार लाती हैं।
विस्फोट तकनीक सटीक विस्फोट, पर्यावरण-अनुकूल विस्फोट और बुद्धिमान विस्फोट की ओर विकसित हो रही है। सटीक विस्फोट में लक्षित चट्टान विखंडन प्राप्त करने के लिए परिष्कृत छेद-पैटर्न डिज़ाइन, विस्तृत विस्फोटक-ऊर्जा अध्ययन और विस्फोट-सिमुलेशन मॉडलिंग का उपयोग किया जाता है। पर्यावरण-अनुकूल विस्फोट में पारंपरिक विस्फोटकों के स्थान पर नए दहन एजेंटों का उपयोग किया जाता है, जिससे हानिकारक विस्फोट गैसें समाप्त हो जाती हैं और भूमिगत वायु गुणवत्ता में उल्लेखनीय सुधार होता है। बुद्धिमान विस्फोट में स्मार्ट विस्फोट डिज़ाइन, बुद्धिमान उपकरण, पूर्वानुमानित कंपन मॉडलिंग और बिना आवेशित छेदों की स्वचालित पहचान को एकीकृत करके एक बुद्धिमान विस्फोट प्रणाली का निर्माण किया जाता है।
विस्फोटक विधियों के अलावा, गैर-विस्फोटक चट्टान तोड़ने की तकनीकें भी ध्यान आकर्षित कर रही हैं। निरंतर खनन मशीनों का उपयोग मध्यम कठोर और नरम चट्टानों में यांत्रिक खुदाई के लिए किया जाता है, जिससे उच्च उत्पादकता और अनुकूल भू-नियंत्रण स्थितियाँ प्राप्त होती हैं। भौतिक विखंडन विधियाँ—जैसे उच्च दबाव वाले जल जेटिंग और तापीय विखंडन—शुद्ध यांत्रिक कटाई की कुछ सीमाओं को दूर कर सकती हैं, जिससे कम धूल और चिंगारी उत्पन्न होती है और कार्य स्थितियों में सुधार होता है। हालाँकि, उच्च ऊर्जा खपत, उच्च लागत और उपकरणों के अत्यधिक घिसाव ने इसके व्यापक उपयोग को बाधित किया है। इसके अतिरिक्त, सूचना और कृत्रिम बुद्धिमत्ता (एआई) प्रौद्योगिकियों में घरेलू विकास कुछ अन्य देशों की तुलना में बाद में शुरू हुआ, इसलिए कठोर चट्टानों के निरंतर खनन के लिए प्रमुख बुद्धिमान प्रणालियाँ अभी भी काफी हद तक विदेशी प्रौद्योगिकी पर निर्भर हैं। परिणामस्वरूप, कठोर चट्टानों के भंडारों के लिए निरंतर खनन अभी तक घरेलू स्तर पर व्यापक रूप से लागू नहीं किया गया है।
सामग्री परिवहन और उत्थापन भूमिगत उत्पादन के लिए परिवहन और उत्थापन प्रणालियाँ अत्यंत महत्वपूर्ण हैं, जो खनन प्रक्रिया को एक सतत प्रणाली में एकीकृत करती हैं और सामान्य संचालन सुनिश्चित करती हैं। अयस्क परिवहन का विकास मैनुअल विधियों से रेल-आधारित प्रणालियों और फिर ट्रैक रहित (रबर-टायर वाली) प्रणालियों तक हुआ है; वर्तमान प्रवृत्ति ट्रैक रहित उपकरणों को प्राथमिक परिवहन माध्यम के रूप में और ट्रैक वाली प्रणालियों को द्वितीयक माध्यम के रूप में अपनाने की ओर है, जो 1960 के दशक से ट्रैक रहित भूमिगत उपकरणों के विकास और परिपक्वता से प्रेरित है।
खदानों के भीतर कम दूरी की ढुलाई के लिए आमतौर पर लोडर का उपयोग किया जाता है, जो सुविधाजनक संचालन, विश्वसनीय प्रदर्शन, उच्च उत्पादकता और सुगम गतिशीलता प्रदान करते हैं। लंबी दूरी की भूमिगत ढुलाई के लिए आमतौर पर हॉल ट्रक का उपयोग किया जाता है; इनका उपयोग विदेशों में व्यापक रूप से होता है, लेकिन घरेलू स्तर पर कम। जैसे-जैसे खनन की गहराई बढ़ती है, उत्थापन की दूरी भी बढ़ती जाती है और उत्थापन तकनीक को बढ़ती चुनौतियों का सामना करना पड़ता है, साथ ही अयस्कों को उठाने की लागत भी बढ़ती जाती है। इसलिए गहरी खदानों में अयस्क उत्थापन तकनीक विकसित करना तेजी से महत्वपूर्ण होता जा रहा है। कुल मिलाकर रुझान अधिक भार क्षमता और अधिक स्वचालन वाले बड़े पैमाने के सिस्टम की ओर है।
गहरी खदानों में खनन के दौरान, कई परिचालनों में रेल परिवहन, बेल्ट कन्वेयर या ट्रैकलेस लोडर को बहु-चरण शाफ्ट उत्थापन के साथ संयोजित किया जाता है। उदाहरण के लिए, दक्षिण अफ्रीका की टाउटोना सोने की खदान में कन्वेयर या ट्रैकलेस उपकरण द्वारा अंतर-शाफ्ट स्थानांतरण के साथ तीन-चरण शाफ्ट उत्थापन प्रणाली का उपयोग किया जाता है। पारंपरिक खुले बेल्ट कन्वेयर संरचना में सरल होते हैं, लेकिन धूल उत्पन्न होने और रिसाव होने की संभावना रहती है, जिससे भूमिगत वायु प्रदूषित होती है और सुरक्षा कम हो जाती है; साथ ही, ऊपर की ओर चलने में इनका प्रदर्शन भी खराब होता है। SiCON द्वारा विकसित एक संलग्न-डिज़ाइन समाधान जैसे नए संलग्न बेल्ट कन्वेयर सिस्टम रिसाव और धूल को रोकते हैं, 3 मीटर/सेकंड से अधिक की परिवहन गति प्राप्त करते हैं और 36 डिग्री तक के झुकाव को संभाल सकते हैं। उचित अनुकूलन के साथ, ऐसी प्रणालियाँ गहरी खदानों में अयस्क परिवहन के लिए आशाजनक हैं।
हाइड्रोलिक (जल) उत्थापन मुख्य रूप से गहरे समुद्र में उपयोग किया जाता है, और कुछ शोधकर्ताओं ने गहरी खानों में इसके उपयोग की संभावना तलाशी है क्योंकि यह निरंतर संचालन और आसान स्वचालन की अनुमति देता है। हालांकि, भूमिगत हाइड्रोलिक उत्थापन के लिए गहराई में ही साइट पर ही चूर्णन (कुचलने और पीसने) प्रणालियों की आवश्यकता होगी, जिससे वर्तमान में इसका व्यावहारिक कार्यान्वयन कठिन है। अयस्क उत्थापन के लिए मैग्लेव लिफ्ट जैसी नवीन अवधारणाओं का भी प्रस्ताव दिया गया है, लेकिन इसके लिए और अधिक विस्तृत शोध की आवश्यकता है। ये नई प्रौद्योगिकियां और अवधारणाएं खान परिवहन और उत्थापन में नई ऊर्जा का संचार कर रही हैं, जिससे विधियों और उपकरणों में नवाचार को बढ़ावा मिल रहा है।
धातु खानों में चट्टान सुदृढ़ीकरण कमजोर, खंडित और उच्च तनाव वाली चट्टानों पर केंद्रित होता है। समर्थन प्रणालियों को निष्क्रिय या सक्रिय में वर्गीकृत किया जाता है। निष्क्रिय समर्थन (लकड़ी, चिनाई, स्टील मेहराब) चट्टान की आंतरिक संरचना को नहीं बदल सकते और केवल विरूपण का प्रतिरोध करते हैं। सक्रिय समर्थन चट्टान द्रव्यमान को संशोधित करके उसकी अंतर्निहित शक्ति को बढ़ाते हैं - उदाहरणों में रॉक बोल्ट और केबल बोल्ट, राल या सीमेंट-ग्राउटेड एंकर, जाली के साथ शॉटक्रेट और बोल्ट, शॉटक्रेट और जाली के संयोजन जैसी मिश्रित प्रणालियाँ शामिल हैं। इनमें से, सीमेंट-ग्राउटेड बोल्ट और शॉटक्रेट संयोजन धातु खानों में भू-सुदृढ़ीकरण के प्राथमिक तरीके बन गए हैं।
पूर्ण लंबाई वाले बोल्ट और बॉन्डेड बोल्ट को मिलाकर बनाई गई पूर्ण लंबाई वाली बॉन्डेड प्रणालियों ने एंकरेज की मजबूती में काफी सुधार किया है और फील्ड में उपयोग के लिए इनमें प्रबल संभावनाएं दिखाई देती हैं। शॉटक्रेट तकनीक शुष्क मिश्रण छिड़काव से गीले मिश्रण छिड़काव की ओर विकसित हुई है, जिससे कार्य स्थितियों में सुधार हुआ है और चट्टान के टूटने की समस्या कम हुई है। शॉटक्रेट को रॉक बोल्ट के साथ मिलाने से आसपास की चट्टान के मुक्त विरूपण को प्रभावी ढंग से सीमित किया जा सकता है, तनाव का पुनर्वितरण होता है और सतह के छिलने और चट्टान गिरने से बचाव होता है।
मशीनीकरण और उपकरणों में हुई प्रगति आधुनिक बोल्ट-एंड-शॉटक्रेट प्रणालियों को अपनाने की गति को बढ़ा रही है। अंतरराष्ट्रीय स्तर पर, विभिन्न प्रकार के बोल्ट जंबो, वेट-स्प्रे रिग और मेश-हैंगिंग मशीनें विकसित की गई हैं। घरेलू स्तर पर, टायर-माउंटेड और ट्रैक्ड बोल्ट जंबो, माइन-ग्रेड वेट-स्प्रे मशीनें और दो-आर्म वेट-स्प्रे कंक्रीट रिग विकसित किए गए हैं, जिससे दक्षता में सुधार हुआ है, श्रम की तीव्रता कम हुई है और सुरक्षा बढ़ी है—यह मशीनीकरण को आगे बढ़ा रहा है और बुद्धिमान संचालन की दिशा में प्रारंभिक कदम है। कई तकनीकी बदलावों के बाद, चट्टान सुदृढ़ीकरण निष्क्रिय एकल-समर्थन विधियों से सक्रिय मिश्रित विधियों की ओर अग्रसर हुआ है; भविष्य के विकास में सुरक्षा और उत्पादकता को और बेहतर बनाने के लिए मशीनीकरण और बुद्धिमत्ता पर जोर दिए जाने की उम्मीद है।
खनन से उत्पन्न ठोस अपशिष्ट, जल और वायु प्रदूषण तथा भूमि पर अतिक्रमण गंभीर पर्यावरणीय चिंताएँ हैं। पेस्ट-फिल खनन तकनीक और उपकरण इन समस्याओं को कम करने का एक आशाजनक तरीका प्रदान करते हैं। पेस्ट-फिलिंग से खनन अपशिष्ट और अन्य ठोस अपशिष्ट एक संतृप्त, रिसाव रहित, टूथपेस्ट जैसी संरचनात्मक घोल में परिवर्तित हो जाते हैं, जिसका उपयोग स्टॉप्स और टेलिंग्स बेसिन को भरने के लिए किया जा सकता है। यह दो प्रमुख खतरों - टेलिंग्स भंडारण और खाली स्टॉप्स - का समाधान करते हुए सतत खनन को बढ़ावा देता है।
परंपरागत हाइड्रोलिक रेत भराई की तुलना में, पेस्ट भराई तीन विशेषताओं से परिपूर्ण है: कोई स्तरीकरण नहीं, कोई पृथक्करण नहीं और कोई रिसाव नहीं। लगभग 2,000 वर्ग मीटर क्षेत्र में फैले और 200 से अधिक उपकरणों से सुसज्जित एक औद्योगिक स्तर का पेस्ट-फिल परीक्षण मंच स्थापित किया गया है, जो उच्च परिशुद्धता, व्यापक कार्यक्षमता और बुद्धिमान नियंत्रण प्रदान करता है। यह पूर्ण प्रक्रिया परीक्षण, पैरामीटर मापन और इंजीनियरिंग अभ्यास मार्गदर्शन को सक्षम बनाता है। विशेष रूप से, बहु-व्यास, बहु-अभिविन्यास और बहु-प्रवाह लूप-पाइप परीक्षण प्रणालियाँ कई पारंपरिक विधियों की तुलना में क्षेत्र की स्थितियों को बेहतर ढंग से प्रतिबिंबित करने वाले परीक्षण परिणाम प्रदान करती हैं।
पेस्ट-फिल प्रक्रिया के सभी चरणों का सामान्य सैद्धांतिक आधार पेस्ट रियोलॉजी है। अनुसंधान पेस्ट रियोलॉजी के लिए संरचनात्मक मॉडलों पर केंद्रित है, जिसमें सैद्धांतिक गणनाओं, रियोलॉजिकल प्रयोगों और संख्यात्मक सिमुलेशन का उपयोग करके चार प्रक्रिया चरणों में इंजीनियरिंग आवश्यकताओं को पूरा किया जाता है: गाढ़ापन (सांद्रण), मिश्रण, परिवहन और भरना/क्योरिंग। गाढ़ापन एक स्थिर अंडरफ्लो सांद्रता प्राप्त करता है ताकि योग्य पेस्ट तैयार किया जा सके; मिश्रण पाइपलाइनों में प्रवाह क्षमता और समरूप यांत्रिक गुणों को बनाए रखने के लिए सामग्री के एकसमान मिश्रण को सुनिश्चित करता है; परिवहन का उद्देश्य कम ऊर्जा खपत और कम घिसाव है; भरने का उद्देश्य एकसमान शक्ति वितरण और स्टॉप फिलिंग तथा हैंगिंग दीवारों से उच्च स्तर का जुड़ाव सुनिश्चित करना है। ये चार प्रौद्योगिकियां पेस्ट फिलिंग की प्रमुख तकनीकी चुनौतियों से संबंधित हैं। पेस्ट-फिल तकनीक—सुरक्षा, मितव्ययिता, पर्यावरण संरक्षण और दक्षता की विशेषताओं से युक्त—हरित धातु-खनन प्रणालियों के लिए एक महत्वपूर्ण तकनीकी स्तंभ है।
रिमोट कंट्रोल और स्वचालन: खनन तकनीक मैनुअल से मशीनीकृत और अब स्वचालित एवं बुद्धिमान संचालन की ओर विकसित हुई है। रिमोट कंट्रोल तकनीक स्वचालन और बुद्धिमत्ता का एक प्रमुख साधन है और आधुनिक खनन में इसकी अपरिहार्य भूमिका होगी। वैश्विक स्तर पर, रिमोट कंट्रोल भूमिगत खानों के लिए एक परिपक्व क्षेत्र है और इसमें रिमोट ड्रिलिंग नियंत्रण, रिमोट चार्जिंग नियंत्रण और रिमोट अयस्क-हैंडलिंग नियंत्रण आदि शामिल हैं। हालांकि, इसका व्यापक उपयोग किसी देश की समग्र औद्योगिक और तकनीकी परिपक्वता पर निर्भर करता है; घरेलू स्तर पर अभी तक इसका पूर्ण पैमाने पर उपयोग नहीं हुआ है।
प्रमुख रिमोट-कंट्रोल प्रौद्योगिकियां तीन क्षमताओं पर केंद्रित हैं: खनन वातावरण की रिमोट सेंसिंग, खनन प्रक्रियाओं का रिमोट संचालन और खनन प्रणालियों का रिमोट गवर्नेंस। ये तीनों मिलकर स्वचालित अवलोकन और विश्लेषण, मानवरहित संचालन, रिमोट डिस्पैचिंग, स्वचालित प्रारंभिक चेतावनी और रिमोट निर्णय लेने को सक्षम बनाते हैं। पूर्णतः स्वायत्त और रिमोट से प्रबंधित भूमिगत धातु खनन को साकार करने के लिए सेंसिंग, संचार, नियंत्रण प्रणालियों और एआई के निरंतर विकास और एकीकरण की आवश्यकता है।
निष्कर्ष: ड्रिलिंग और ब्लास्टिंग, परिवहन और उत्थापन, चट्टान सुदृढ़ीकरण, पेस्ट फिलिंग और रिमोट-कंट्रोल तकनीकों की संयुक्त प्रगति भूमिगत धातु खनन को नया रूप दे रही है। उपकरण, सामग्री, प्रक्रिया नियंत्रण और डिजिटल प्रणालियों में प्रगति सुरक्षित, अधिक कुशल और अधिक टिकाऊ निष्कर्षण को बढ़ावा दे रही है। गहरे, अधिक जटिल और निम्न श्रेणी के धातु भंडारों की चुनौतियों का सामना करने के लिए निरंतर अनुसंधान, क्षेत्र परीक्षण और बुद्धिमान प्रणालियों का एकीकरण आवश्यक होगा।
