4 Mine Planning and Design

วงจรของการวางแผนทำเหมืองผิวดิน

การวางแผนทำเหมืองผิวดินจะเริ่มจากการสำรวจแร่ ได้ข้อมูลมาสร้างแบบจำลองมวลแร่ และประเมินปริมาณสำรองแร่ ซึ่งจะต้องผ่านการวิเคราะห์รายรับและต้นทุน กำหนดค่าคุณภาพคัดออก (Cut-off grade) ที่ใช้กำหนดสินแร่ (Ore) หรือ ดิน-หิน ที่เป็นสิ่งไร้ค่า (Waste) ในแหล่งแร่ เพื่อใช้คำนวณ Maximum stripping ratio หรืออัตราส่วนของดิน-หินต่อแร่สูงสุดที่จะไม่ให้กำไรในการขุดสินแร่ สำหรับนำมาออกแบบบ่อเหมือง วางแผนการผลิตและเลือกเครื่องจักรในการทำเหมืองแร่

การวางแผนทำเหมืองเป็นกระบวนการที่เป็นวัฏจักรไม่หยุดนิ่ง ต้องมีการประเมินผล นำข้อมูลที่ได้จากการทำเหมืองมาทบทวน ตรวจสอบ ปรับแผนใหม่ ตลอดเวลา การขุดแร่จะเป็นการสำรวจแร่ในตัว ได้ลักษณะของชั้นแร่ที่โผล่ขึ้นมา ได้คุณภาพแร่ที่ขุดได้จริง ทราบค่าใช้จ่ายในการทำเหมืองจริง ทำให้ต้องคำนวณพารามิเตอร์ที่ใช้วางแผนใหม่ และนำไปออกแบบบ่อเหมืองใหม่ตลอดเวลา

รายรับจากการขายแร่และค่าใช้จ่ายทำเหมืองแร่

เป็นพารามิเตอร์ที่สำคัญในการประเมินความเป็นไปได้ในการลงทุน และจะช่วยกำหนดคุณภาพคัดออก (Cut-off grade) ว่าสิ่งใดที่ขุดมาเป็นสินแร่ (Ore) หรือเป็นมูลแร่หรือสิ่งไร้ค่า (Waste) ที่ต้องคัดแยกออกไป ทำให้ทราบปริมาณงานที่จะต้องขุดออกซึ่งเป็นตัวนำไปสู่การเลือกขนาดของเครื่องจักร 

รายรับจากการขายแร่มักจะมีความเกี่ยวพันกับราคาในตลาดโลก และขึ้นกับคุณภาพของแร่รวมทั้งสิ่งที่เจือปนมากับแร่ ส่วนค่าใช้จ่ายทำเหมืองจะต้องรวมทั้งค่าลงทุนและค่าดำเนินการ 

ค่าคุณภาพคัดออก (Cut-off Grade) 

คือ ค่าคุณภาพแร่ที่ใช้คัดส่วนของแหล่งแร่ที่มีคุณภาพต่ำกว่านี้ออกไป จะนำมาใช้กำหนดส่วนที่จะเป็นสินแร่ (Ore) ที่เมื่อขุดขึ้นมาแล้วให้กำไร หรือขุดขึ้นมาแล้วจะกลายเป็นมูลแร่ที่ไร้ค่า (Waste) หรือเพื่อใช้ตัดสินใจว่าจะขุดหรือไม่ขุดในส่วนนั้น แต่ในกรณีที่คุณภาพแร่มีค่าอยู่ในช่วงก้ำกึ่งไม่ต่ำกว่านี้มาก ก็อาจจะนำไปเก็บกองสต็อกไว้ (Low grade stockpile) เพื่อรอให้ราคาแร่สูงขึ้น หรือรอให้มีวิธีการแต่งแร่ที่มีต้นทุนต่ำลงในภายหลัง 

การออกแบบเหมืองแร่

การออกแบบที่สำคัญที่สุดสำหรับเหมืองผิวดิน คือ การกำหนดขอบเขตและขนาดของบ่อเหมืองในแต่ละช่วงรวมทั้งขอบเขตในช่วงสุดท้ายของการทำเหมือง

เนื่องจากแต่ละเหมืองจะมีลักษณะของแหล่งแร่และที่ตั้งแตกต่างกัน ก่อนออกแบบจึงควรจะกำหนดเป้าหมายหลักและเรียงลำดับความสำคัญที่อาจจะแตกต่างกัน ตัวอย่างเช่น 

• มีกำลังการผลิตแร่ตามความต้องการ

• มีความปลอดภัยในการทำงาน

• ควบคุมหรือลดผลกระทบต่อสภาพแวดล้อม

• มีประสิทธิภาพและประหยัดค่าใช้จ่ายทำเหมือง

• มีทางเลือกให้ปรับเปลี่ยนการทำงานได้คล่องตัวตามสภาพของปัญหา

เหมืองแร่ที่มีความเสี่ยงในเรื่องของผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมอาจจะนำเอาประเด็นด้านนี้มาเป็นเป้าหมายหลัก ซึ่งแต่ละพื้นที่สามารถปรับเปลี่ยนเป้าหมายหลักได้ตามสภาพและความจำเป็น

ในการออกแบบบ่อเหมืองโดยทั่วไป จะต้องการข้อมูลดังนี้

• ขอบเขตของพื้นที่อนุญาตให้ทำเหมืองแร่ (Mining lease boundary) 

• ภูมิประเทศ การรังวัดพื้นผิวเดิม รูปร่างและขนาดของพื้นที่

• ลักษณะทางธรณีวิทยาของชั้นแร่ (ราบ หรือเอียงเท)

• อัตราส่วนดินต่อแร่ (Stripping ratio) และคุณภาพคัดออก (Cut-off grade)

• ความชันของผนังบ่อเหมือง (Safety pit slope)

• ลักษณะของขั้นบันไดและตำแหน่งของถนนในบ่อเหมือง

• แผนการผลิตแร่ รวมทั้งแผนการขุดหน้าดินและทิ้งดิน เครื่องจักรที่จะใช้

• ข้อมูลสถิติปริมาณน้ำฝน ปริมาณน้ำใต้ดิน วิธีการระบายน้ำในบ่อเหมือง

อัตราส่วนดินต่อแร่

พารามิเตอร์ที่สำคัญที่สุดในการทำเหมืองผิวดินคือ อัตราส่วนของปริมาณดินที่จะต้องขุดออกเพื่อผลิตแร่ให้ได้หนึ่งหน่วย (Stripping ratio: SR) ซึ่งเป็นตัวเลขที่ระบุอัตราการขุดดิน ณ เวลาใดเวลาหนึ่ง หรือจุดที่ลึกลงไปเมื่อจะต้องยุติการทำเหมือง เพราะมีปริมาณดินที่จะต้องขุดออกมากขึ้น

อัตราส่วนดินต่อแร่ทั้งหมด (Overall SR) จะให้ภาพรวมเชิงตัวเลข แต่ให้ความหมายเชิงเศรษฐศาสตร์เพียงเล็กน้อย ยกเว้นบางเหมืองที่ต้องการใช้ค่าภาพรวมนี้มากำหนดจุดสุดท้ายที่ต้องการหยุดขุดแร่ ในการกำหนดขอบเขตของบ่อเหมืองสุดท้ายนั้นควรจะใช้ SR ที่เวลาใดเวลาหนึ่ง (Incremental SR) เป็นตัวกำหนดขอบเขตที่จะต้องหยุดขุดแร่มากกว่า เนื่องจากในการดำเนินธุรกิจไม่ควรนำกำไรของช่วงที่ผ่านมาแล้ว (Sunk costs) มาชดเชยการทำเหมืองในอนาคต

ขอบเขตสุดท้ายของบ่อเหมือง (Final/Ultimate pit limit) 

โดยทั่วไปจะถูกกำหนดด้วยค่า BESR และความลาดชันรวมของผนังบ่อ ถ้าผนังบ่อเหมืองในแต่ละด้านมีความชันไม่เท่ากัน จะมีผลให้ BESR ของผนังบ่อแต่ละด้านมีค่าไม่เท่ากันด้วย ทำให้การออกแบบขอบเขตสุดท้ายของบ่อเหมืองมีความซับซ้อนในสามมิติ นอกจากนี้ค่า BESR จะคำนวณมาจากค่าใช้จ่ายในการขุดแร่ เหมืองที่มีต้นทุนสูงหรือต้องการกำไรขั้นต่ำมากจะมีผลต่อขอบเขตสุดท้ายของบ่อเหมืองที่มีขนาดเล็กลง การออกแบบจึงต้องทำในหลายทางเลือกของทั้งรายรับและค่าใช้จ่ายที่เปลี่ยนแปลงไป

การออกแบบขอบเขตสุดท้ายของบ่อเหมืองในปัจจุบันจะใช้คอมพิวเตอร์ช่วยมากกว่าการออกแบบด้วยมือ เพราะจะให้ความสะดวกและใช้เวลาน้อยกว่าเพื่อออกแบบบ่อเหมืองทางเลือกต่างๆ แต่การออกแบบด้วยคอมพิวเตอร์จะต้องอาศัยแบบจำลองแร่แบบบล็อก (Block model) และมีระบบฐานข้อมูลที่ดี

การออกแบบบ่อเหมืองแบบขั้นบันได

การออกแบบบ่อเหมืองให้ถูกต้องตามหลักวิศวกรรม จะต้องทำให้มีลักษณะเป็นขั้นบันได (Bench) โดยมีวัตถุประสงค์หลักดังนี้

1. เพื่อความปลอดภัย (Safety)

• ดักหินที่ร่วงจากชั้นบน

• มีพื้นที่สร้างเนินดิน (Berm) สำหรับกันเครื่องจักรตก

• ควบคุมเสถียรภาพของบ่อเหมือง โดยการปรับระยะและจำนวนของขั้นบันได

2. เพื่อเพิ่มผลผลิตและความคล่องตัวในการปรับย้ายหน้างาน (Mining face)

• แต่ละขั้นบันไดคือหน้างาน สำหรับเลือกผลิตหรือเป็นพื้นที่สำรอง

• เป็นพื้นที่ทำงานของเครื่องจักร และใช้เป็นทางวิ่ง

• มีพื้นที่สร้างคู (Ditch) สำหรับช่วยระบายน้ำ

การวางแผนผลิตแร่ (Production planning) 

มีวัตถุประสงค์ดังนี้

• ขุดแร่ในปริมาณและคุณภาพตามที่ต้องการในช่วงเวลาที่กำหนด

• ขุดเปิดหน้าดินล่วงหน้าไม่มาก แต่เพียงพอให้เข้าไปถึงจุดที่ขุดผลิตแร่ได้

• ขุดเปิดหน้าดินในอัตราส่วนดินต่อแร่ตามที่กำหนด เพื่อควบคุมค่าใช้จ่าย

• ใช้จำนวนและขนาดของเครื่องจักรที่สม่ำเสมอ ไม่เปลี่ยนแปลงมาก

• เตรียมพื้นที่ล่วงหน้าให้เพียงพอสำหรับการทำงานของเครื่องจักร

• จัดงานสนับสนุน เช่น น้ำใช้ ไฟฟ้า ถนน ที่ทิ้งดิน งานฟื้นฟูพื้นที่ ให้มีความเหมาะสมเพียงพอ

• ควบคุมความชันของผนังบ่อเหมืองให้มีความปลอดภัยในการทำงาน

• ผลิตแร่ด้วยค่าใช้จ่ายที่ประหยัดที่สุด และให้ผลตอบแทนดีที่สุด

การวางแผนทำเหมือง (Mine planning) 

จะแบ่งออกเป็น 3 ช่วงเวลา คือ

1. แผนระยะยาว (Long-range planning) ประกอบด้วย การออกแบบขอบเขตสุดท้ายของบ่อเหมือง คำนวณปริมาณสำรองแร่ และอัตราส่วนดินต่อแร่ เพื่อกำหนดระยะเวลาและภาพรวมของโครงการให้สอดคล้องกับความเป็นไปได้ทางการเงิน

2. แผนระยะสั้น (Short-range planning) เป็นการแบ่งแหล่งแร่ออกเป็นพื้นที่ย่อย สำหรับวางแผนการขุดขนดินและแร่ในแต่ละช่วงเวลา (Stage Plan) ให้สอดคล้องกับแผนระยะยาว เช่น ออกแบบบ่อเหมืองช่วงละ 3-5 ปี กำหนดจุดลำเลียงดินและแร่ ให้มีพื้นที่ทำงานเพียงพอ วางเส้นทางการขนส่ง และกำหนดงบประมาณค่าใช้จ่าย

3. แผนปฏิบัติ (Operational planning) คือ แผนการใช้เครื่องจักรและปัจจัยต่างๆ กำหนดลำดับของพื้นที่ที่จะเข้าขุดแร่ เพื่อให้มีการขุดขนดินและแร่สอดคล้องกับแผนระยะสั้นที่กำหนดไว้ มีการตรวจสอบปริมาณแร่และควบคุมคุณภาพที่จะขุดได้ โดยกำหนดเป็นแผนปี (Yearly plan) หรือแผนเดือน (Monthly plan)

หน่วยงานหลักของการทำเหมือง

หน่วยงานหลัก (Unit Operation) เป็นงานหัวใจของการผลิตแร่ จะทำงานเรียงตามลำดับและเป็นวงจรตลอดอายุเหมือง หน่วยงานหลักประกอบด้วย

1. การเจาะรูระเบิด (Blast-hole drilling)

2. การระเบิดหน้าเหมือง (Blasting)

3. การตัก (Loading) เหมืองที่ไม่มีการระเบิดจะเป็น การขุด (Excavating)

4. การขนส่งลำเลียง (Hauling)