ખનન-પદ્ધતિઓ (mining methods) : પૃથ્વીના ઉપરના સ્તરમાંથી તેમજ પૃથ્વીના પેટાળમાંથી ખનિજ કાઢવાની રીતો. ભૂમિતળ/સમુદ્રતળથી નીચે ખોદાતી ખાણોને ભૂગર્ભ ખાણો કહેવામાં આવે છે. પૃથ્વીની સપાટી ઉપર છત્ર વગર શાસ્ત્રીય પદ્ધતિથી ખનન કરાયેલા ખાડાને છ મીટરની ફેસની ઊંચાઈથી સોપાન ક્રિયા પ્રમાણે વધુ ઊંડાઈએ ઉત્ખનન કરાય છે.
સમુદ્રના તળિયે ફેલાયેલી ખનિજસંપત્તિ તથા સમુદ્રના તળિયા હેઠળ દટાયેલી ખનિજસંપત્તિ ભવિષ્યમાં ખનિજની ખાધને પહોંચી વળવા ભવિષ્યની પેઢીને ઉપયોગમાં આવી શકશે.
ખનનક્રિયાનાં મુખ્ય ચાર અંગો માનવામાં આવે છે, જે નીચે મુજબ છે : (1) ખનિજ અન્વેષણ તથા પરીક્ષણ (ભૂભૌતિક, ભૂરાસાયણિક, અંતરીક્ષયાનિક); (2) શારકાર્ય, ગુણધર્મોની ચકાસણી, વર્ગીકરણ તથા મૂલ્યાંકન; (3) ઉત્ખનન, નિષ્કર્ષણ, પ્રસાધન તથા શુદ્ધીકરણ; (4) મંડીકરણ (marketing).
ખનનવિધિની પસંદગીનો આધાર ખનિજો સાથે સંકળાયેલા પાષાણોની ભૂસ્તરીય રચના, નમન (dip), નમન લંબ, જાડાઈ, પ્રભંગ, સાંધા, ભૂગર્ભ જળસપાટી, ભૂગર્ભ ગૅસ ખનિજ-શિરા-સ્થિતિ [આડી, ઉદગ્ર તથા અપક્ષય (weathering)] ઉપર રહે છે. તદુપરાંત ભ્રંશ તથા વલનવાળાં ક્ષેત્રોનો અભ્યાસ પણ જરૂરી છે.
ખનન પહેલાં ખનિજક્ષેત્રનો ભૂસ્તરીય અહેવાલ તૈયાર કરવામાં આવે છે જેમાં પાષાણોની ભૂગર્ભિક વિશેષતાઓનો સમાવેશ કરેલ હોય છે જેના આધારે માઇનિંગ-ઇજનેર ખનન-પદ્ધતિ નક્કી કરે છે. ખનનઉદ્યોગને લાગતાવળગતા કાયદાઓને ધ્યાનમાં રાખી ખનન-માનચિત્ર (mining plan) તૈયાર કરવામાં આવે છે.
ખનનની વિભિન્ન પદ્ધતિઓ : ખનનવિધિ બે પ્રકારની હોય છે. જેમાં આગળ બતાવ્યા મુજબ પોખરિયા (ખુલ્લી) ખનનવિધિ તેમજ ભૂગર્ભ ખનનવિધિનો સમાવેશ થાય છે.
પોખરિયા ખનનવિધિમાં અનાવૃત્ત ખનન (open pit mining), સોપાનખનન, અવ્યવસ્થિત (અનિયમિત) ખનન (irregular mining), જલોઢ ખનન (alluvial mining) વગેરેનો સમાવેશ થાય છે.
ભૂગર્ભ ખનનવિધિ મોટા ભાગે બે પ્રકારની હોય છે : (1) ઊર્ધ્વગામી ખનન (overhead stoping) જેમાં ખનન-ક્રિયાનો પ્રારંભ ઊંડાણથી થાય છે અને ખોદાણકામ ભૂ-સપાટી તરફ આગળ વધે છે. (2) અધોમુખી ખનન (underhand stoping) જેમાં ખોદાણનું કામ ઉપરના સ્તરોથી નીચેની તરફ આગળ વધે છે.
ઉપરની બે મુખ્ય ખનન-વિધિની પેટા-વિધિ નીચે મુજબ છે :
(1) નૈસર્ગિક ટેકાવાળું ખનન (naturally supported stoping), (2) ખુલ્લું ખનન (open stoping), (3) ઉપ-સમતલ ખનન (sublevel stoping), (4) કૃત્રિમ ઉપકરણો દ્વારા થતું ખનન (artificially supported stoping), (5) શોષિત ખનન (shrinkage stoping), (6) કતરણ અને પૂરણ ખનન (cut and fill stoping), (7) વર્ગીય સમુચ્ચ ખનન (square set stoping), (8) ગુફા રચતું ખનન (caved stoping), (9) અવર્ગીકૃત ખનનપદ્ધતિ (unclassified method of mining).
ઉપર્યુક્ત ખનનવિધિ સિવાય ખાસ પ્રકારના ખનિજની ખાસ પ્રકારની પદ્ધતિ હોય છે, જે આ મુજબ છે : (1) ભૂમીય આર્થિક અપક્ષયી નિક્ષેપ ખનન (mining of plaster deposits), (2) કોલસા-ખનનવિધિ.
ઉપર જણાવેલ દરેક ખનન-પદ્ધતિનું કાર્ય નીચે મુજબ કરવામાં આવે છે :
1. પોખરિયા ખનનવિધિ અથવા ભૂસપાટીય ખનન–પદ્ધતિ : આ ખનનવિધિ જ્યારે ખનિજ ધાત્વિક કે અધાત્વિક હોય અને 30 મીટર સુધીના ઊંડાણે હોય ત્યારે અમલમાં મૂકવામાં આવે છે.
ભૂગર્ભીય ખનન–પદ્ધતિઓ : (1) નિસર્ગ-આધારિત ખનન-પદ્ધતિ : (ખુલ્લું ખનન) : આ પદ્ધતિનો ઉપયોગ નિમ્ન કોટિનાં ખનિજો, સમતલ ખનિજો અને લઘુનમનવાળાં ખનિજોને કાઢવામાં થાય છે. ખનિજસ્તંભોનું નિર્માણ ખનનક્રિયા સમયે જ થતું જાય છે જે ગોળ અથવા લંબગોળ અને ઉપરનીચેથી સહેજ પહોળા હોય છે.
વિધિ : આરંભમાં પ્રવેશદ્વારોને ખનિજની નમન દિશામાં મૂકવામાં આવે છે. મુખ્ય પ્રવેશદ્વારો 90oના ખૂણે મૂકવામાં આવે છે, જેને કારણે સ્તંભો વચ્ચે ખાલી સ્થાન બને છે (board or room).
કોલસાની ખાણમાં આ વિધિને કક્ષીય તથા સ્તંભાધારિત પદ્ધતિ (board and pillar method) કહેવામાં આવે છે. લગભગ આવી જ પદ્ધતિને ધાત્વિક ખાણોમાં વક્ષ:સ્થલીય ક્ષૈતિજ પદ્ધતિ કહેવામાં આવે છે (breast-stoping); દા.ત., જોનાથન માઇન, ઉ. અમેરિકા (સ્ફેલેરાઇટ તથા સીસાની ખાણ).
ઝરિયા કોલસા ક્ષેત્ર, કન્હાન પેન્ચવેલી ક્ષેત્ર(મધ્યપ્રદેશ)માં આ પદ્ધતિનો ઉપયોગ થાય છે.
2. ઉપસમતલકક્ષ પદ્ધતિ (sublevel stoping) : આ પદ્ધતિમાં કુદરતી આધારસ્તંભો હોય છે.
વિધિ : ખનિજ શિરાઓ 55oથી 75oના ખૂણે નમન-અવસ્થામાં હોય છે. ઊર્ધ્વશાયી ભિત્તિ (hanging wall) તથા પાદભિત્તિ (foot wall)ને ટેકાની જરૂર હોતી નથી.
ખનન-પદ્ધતિઓ : કોલસાની ખાણમાં નીચેની વિભિન્ન ખનન-પદ્ધતિઓનો ઉપયોગ થાય છે :
(1) સોપાનવિધિ (open cast), (2) નિખનન-કક્ષ તથા સ્તંભવિધિ (board and pillar or board stull method), (3) લાંબી ભિત્તિ પદ્ધતિ (longwall method). આ પદ્ધતિના બે પેટા વિભાગ છે. (3) પ્રગતિ અથવા આગેકૂચ ભિત્તિ (longwall advancing). (4) પીછેહઠ ભિત્તિ (longwall retreating).
ઉપર્યુક્ત પ્રમુખ ખનન-પદ્ધતિઓના વિભિન્ન પ્રકારો નીચે મુજબ છે :
(1) રૂમ અને પિલર; (2) સમતલ ખનન (level mining); (3) ક્ષિતિજ ખનન (horizon-mining); (4) પતરીકરણ (slicing method); (5) ઉપસમતલ ધ્વંસીકરણ (sublevel caving).
અહીં મુખ્ય પદ્ધતિઓનું જ વર્ણન કરવામાં આવ્યું છે :
(1) બોર્ડ અને પિલર પદ્ધતિ (board & pillar method) : જે સ્થળે અથવા જે ક્ષેત્રમાં કોલસાના સ્તરો જાડા હોય, સમતલ અથવા નતિ અવસ્થામાં (inclined) હોય, સાધારણ ઊંડાણે મળી આવતા હોય, કોલસા-સ્તરની ઉપર તથા નીચે સુર્દઢ શૈલસ્તર હોય, ખનન પછી આધાર વિના સ્તર યથાવત્ રહી શકતો હોય અને કોલસાની દલનશક્તિ (crushing strength) પર્યાપ્ત હોય ત્યારે આ પદ્ધતિનો ઉપયોગ થાય છે.
વિધિ : કોલસાના સ્તરમાં નમન દિશામાં ખાણની સીમા સુધી અથવા પૂર્વનિર્ધારિત રેખા સુધી વિકાસખનન કરવામાં આવે છે, જેમાં મુખ્ય પ્રવેશદ્વાર અને બીજા એવા જ પ્રવેશો 800થી 500 મીટરના અંતરે મૂકવામાં આવે છે. આવા પ્રવેશમાર્ગોની સંખ્યા 3થી 10 સુધીની હોય છે. આ પ્રવેશમાર્ગો 3.8થી 5.4 મીટર પહોળા હોય છે અને 15થી 25 મીટર સેન્ટર ઉપર રહેલા હોય છે. ત્યાર બાદ કોલસાની અનુદીર્ઘ (longitudinal) દિશામાં 4થી 5 મીટર પહોળા અને 12થી 27 મીટર સેન્ટર ઉપર ‘લેવલ્સ’ મૂકવામાં આવે છે, જેને રાઇઝ લેવલ કહેવામાં આવે છે. તે ખાણની સીમારેખાથી પ્રવેશમાર્ગ તરફ આગળ વધતા હોય છે. આવા વિકાસને કારણે કોલસાનો સ્તર નાના નાના સ્તંભોમાં વિભાજિત થઈ જાય છે.
સ્તંભ-નિર્માણ પછી સ્તંભ-ભંગ(de-pillaring)ની ક્રિયા શરૂ થાય છે.
ખાણની સીમા પાસે ઊંડાણમાં એક સ્તંભને સલામત રાખવામાં આવે છે. આવા સ્તંભને ચોકીદાર કહેવામાં આવે છે.
સ્તંભોને વિકર્ણદિશામાં (diagonally) એક કતારમાં તોડવામાં આવે છે. સ્તંભોના તૂટી જવાથી ઉપરનો ભાગ નીચે ધસી આવે છે. આને ગોફ કહેવાય છે. એને લીધે ક્યારેક વાયુ-વિસ્ફોટ (air blast) થવાનો પણ ભય રહે છે.
આ વિધિમાં વિકાસખનન જે પ્રથમ તબક્કે થાય છે તેને first working કહેવાય છે અને બીજા તબક્કે સ્તંભખનન થાય છે તેને depillaring કહેવાય છે. ‘પિલર્સ’ વર્ગાકાર હોય છે.
વિકાસ દરમિયાન હવામાર્ગો પણ ઊંડાણ સુધી મૂકવામાં આવે છે. આવા માર્ગોને હવાકૂવો (ventilation shaft) કહેવામાં આવે છે.
(2) પૅનલવિધિ (panel-method) : જ્યાં કોલસા-સ્તરોમાં અચાનક આગ લાગી જાય તેવો ભય હોય છે ત્યાં આ વિધિનો ઉપયોગ કરાય છે.
આ પદ્ધતિમાં કોલસાક્ષેત્રને લઘુક્ષેત્રમાં વિભાજિત કરવામાં આવે છે.
પૅનલોને ઘેરી લેતો કોલસાનો જાડો સ્તર હોય છે અને પૅનલો વચ્ચે પાકી ઈંટોથી અવરોધ ઊભો કરવામાં આવે છે. આને બૅરિયર કહેવામાં આવે છે. આનાથી આગ લાગતી નથી.
બે પૅનલ વચ્ચે પ્રવેશદ્વાર, વાયુમાર્ગ, જળવહનમાર્ગ (ડ્રેનેજ) મૂકવામાં આવે છે.
પૅનલ અનુદીર્ઘ દિશામાં લાંબી હોય છે અને ડિપ રાઇઝ દિશામાં સાંકડી હોય છે.
પૅનલોની રચના પછી બોર્ડ તથા પિલર્સપદ્ધતિની જેમ આ વિધિથી પણ સ્તંભોની રચના થાય છે. આ પિલરોને બીજે તબક્કે ડીપિલરિંગ દ્વારા ખનન કરી કોલસાને નિષ્કાસિત કરવામાં આવે છે.
ઝરિયા, ધનબાદ જિલ્લામાં (બિહાર) જ્યારે કોલસો ઊંડાણમાં મળે છે ત્યારે તેમાં ઊંડો આનક મૂકી તેમાંથી ‘લેવલ્સ’ કાઢી (ઊભા તથા આડા, નેવું અંશના ખૂણે) કોલસાને સ્તંભોમાં વિભાજિત કરી બીજા તબક્કે ડીપિલરિંગ કરી નિષ્કાસિત કરવામાં આવે છે.
(3) લંબભિત્તિ ખનનવિધિ (long wall method) : કોલસાના સ્તરમાં આનક મૂકી તેમાંથી વિભિન્ન દિશાઓમાં ફેસ (face = કોલસાના સંસ્તરનો ઊભો ખુલ્લો આડછેદ) મૂકવામાં આવે છે. ફેસના છાપરાને ટકાવવા આધારસ્તંભો (લાકડા અથવા પાષાણના) મૂકવામાં આવે છે. ફેસ 60થી 200 મીટર લાંબા હોય છે.
આ પદ્ધતિનો ઉપયોગ જ્યાં કોલસાનો સ્તર પાતળો હોય; જેમ કે, 2 મીટરથી વધુ ન હોય તેમજ ઘણા ઊંડાણે મળતો હોય અને અન્ય પદ્ધતિ ઉપયોગમાં લાવી શકાતી ન હોય ત્યારે જ થાય છે.
ઇંગ્લૅન્ડમાં ઇંગ્લિશ ચૅનલ નીચે રહેલા કોલસાનું લંબભિત્તિ પદ્ધતિથી ખનન કરવામાં આવે છે. ભારતમાં પણ અમુક સ્થળે આ પદ્ધતિનો ઉપયોગ થાય છે.
રસિકલાલ શુક્લ