معدن زغال سنگ مزینو در 85 کیلومتری غرب طبس در استان یزد قرار دارد. منطقه مورد مطالعه به لحاظ جایگاه زمین ساختی در زون ایران مرکزی واقع شده است. واحدهای زغال سنگی این منطقه در سازند مزینو (سازند هجدک) با سن ژوراسیک میانی تشکیل شده اند. سازند مزینو شامل تناوبی از زغال سنگ، شیل، ماسه سنگ و به ندرت لایه های نازک آهکی می باشد. وجود ناخالصی هایی از کانی های سولفوره (بویژه پیریت)، رس ها به خصوص آرژیلیت، کائولینیت، مونتموریلونیت و کوارتز در این زغال سنگ ها قابل توجه است. بدین جهت ترکیب کانی های فلزی و غیرفلزی نقش مهمی را در کیفیت این زغال سنگ ها و ملاحظات زیست محیطی آن ها ایفا می کند. در این تحقیق معلوم شد کانی فلزی پیریت به همراه سدریت، آنکریت، کلسیت، ژیپس، باریت، ایلیت و کانی های رسی شامل آرژیلیت، کائولینیت و مونتموریلونیت و ماسرال ویترینیت از اصلی ترین اجزا ترکیب این زغال سنگ ها هستند که از نظر زیست محیطی باید مورد توجه باشند. زغال سنگ معدن مزینو از نوع آنتراسیت تا نیمه آنتراسیت با مواد فرار کم و خاکستر متوسط 30 درصد است که قرار است در مجاورت آن اولین نیروگاه زغال سوز کشور ساخته شود. به طور کلی در منطقه مزینو حدود 650 میلیون تن زغال سنگ حرارتی شناخته شده است که حدود 250 میلیون تن آن قابل استخراج به نظر می رسد. با توجه به استخراج سالانه 2 میلیون تن و حجم زیادی معدن کاری و ساخت نیروگاه استخراج زغال سوز توجه به اثرات زیست محیطی آن دارای اهمیت زیادی است.

در حفاری تونل هایی با خواص سنگ های رسوبی متورم شونده تغییر ارتفاع کف و حرکت دیوارهای جانبی به سمت داخل اغلب مشاهده و سبب ایجاد تنش و تخریب سازه می شود. سنگ هایی که متورم می شوند رفتار ویسکوالاستیک نیز از خود نشان می دهند که احتمالاً به دلیل لغزش لایه های رسی است. این پژوهش به منظور تعیین پارامترهای فیزیکی، مکانیکی و دینامیکی شیل، گلسنگ و ماسه سنگ دربرگیرنده تونل شماره 3 شرقی معدن پرورده طبس، بر روی نمونه ها مطالعات سنگ شناسی، آزمایش های وزن مخصوص، تخلخل، درصد جذب آب، مقاومت فشاری تک محوری، آزمایش مقاومت برزیلی، آزمایش تورم پذیری ، آزمایش پراش اشعه ایکس (XRD) و..... صورت گرفته است. ایجاد روابط میان پارامترهای مکانیک سنگ مداخله کننده با میزان تورم سنگ های دربرگیرنده این تونل پرداخت شده است. تونل مورد مطالعه متشکل از ماسه سنگ دانه ریز، شیل و گلسنگ در هم جواری زغال سنگ است. سیمان موجود در سنگ های مورد مطالعه به صورت سیلیسی، آهک و اکسید آهن می باشد که عامل مهم در تأثیرپذیری مقاومت نمونه ها دارند. کانی های رسی غالب ایلیت و کلریت و به میزان کمتر مونت موریونیت و کائولینیت می باشد. ضریب تورم پذیری سنگ های مورد بررسی شامل شیل، گلسنگ و ماسه سنگ ها به ترتیب 64/23، 6/17 و 3/12 درصد پیش بینی شده است. با توجه به بررسی ها درصد تخلخل، جذب آب و چگالی می تواند بر روی میزان تورم پذیری تأثیر بگذارد و با افزایش میزان تورم پذیری مقاومت سنگ ها کاهش یافته است. همچنین میزان سرعت اموج در نمونه سنگ های مورد مطالعه نیز کاهش می یابد.

استخراج زیرزمینی زغال سنگ همواره به عنوان یکی از پرمخاطره ترین فعالیت های معدنی شناخته می شود. خطرات ناشی از وقوع حوادث احتمالی در این معادن می تواند باعث صدمات جبران ناپذیر جانی، خرابی و از بین رفتن تجهیزات و همچنین ایجاد وقفه در فرآیند تولید معدن شود. به همین دلیل تحلیل ریسک در معادن زغال سنگ از اهمیت بالایی برخوردار است. اولین مرحله از یک فرآیند آنالیز ریسک، شناسایی مخاطرات است. در این پژوهش ابتدا مهمترین مخاطرات استخراج مکانیزه زغال سنگ، با استفاده از ترکیب روش های کتابخانه ای و قضاوت متخصصان شناسایی شد. اولویت بندی مخاطرات شناسایی شده با استفاده از فازی سازی روش تصمیم گیری TOPSIS با کاربرد معیارهای اصلی احتمال وقوع، شدت پی آمد و واکنش و همچنین زیرمعیارهای آسیب پذیری و قابلیت شناسایی انجام گرفت. نتایج نشان می دهد شدت پی آمد با وزن 0.416 و واکنش با وزن 0.293 به ترتیب دارای بیشترین و کمترین میزان تاثیر در رتبه بندی مخاطرات استخراج مکانیزه زغال سنگ است. کاربرد مدل ارایه شده در معدن طبس نشان می دهد ریزش در سقف کارگاه استخراج و ریزش در راهروهای پهنه های استخراجی با شاخص شباهت 0.832 و 0.823 به عنوان مهمترین مخاطرات این معدن شناخته می شوند. همچنین نشست سطح زمین و هجوم آب های زیرزمینی با شاخص شباهت 0.492 و 0.482 دارای کمترین شاخص شباهت در میان مخاطرات شناسایی شده است. به منظور بررسی حساسیت رتبه بندی گزینه ها به تغییرات وزن شاخص ها، یک تحلیل حساسیت نیز انجام شد. نتایج نشان دهنده عدم حساسیت مدل ارایه شده نسبت به وزن معیارهای تصمیم گیری مورد استفاده است.

اجرای سیستم های مدیریت محیط زیست، با عملیاتی کردن استراتژی های توسعه پایدار، موجب بهینه سازی مصرف منابع، کاهش اثرات زیست محیطی، و در نتیجه افزایش پایداری سیستم می شود. یکی از الزامات اصلی مدیریت محیط زیستی، ارزیابی اثرات محیط زیستی و یک روش مناسب جهت ارزیابی اثرات محیط زیستی، ارزیابی چرخه حیات است. این روش با تجزیه وتحلیل یک محصول یا فرآیند در طی تمام مراحل عمر آن اطلاعات جامعی در مورد اثرات محیط زیستی ناشی از مصرف منابع و تولید ضایعات، و گزینه های بهبود و بهسازی سیستم مورد مطالعه ارائه می کند. توسعه پایدار در معادن مستلزم به حداقل رساندن مصرف منابع، تولیدات ضایعات و اثرات زیست محیطی ناشی از آن ها می باشد. در این پژوهش معادن زغال سنگ پروده طبس، به عنوان محدوده مورد مطالعه انتخاب شده است. به طورکلی، مهم ترین عوامل زیست محیطی در معادن زغال سنگ شامل تولید باطله معدنی، پساب معدنکاری و انتشار گاز زغال می باشد. برای بهبود کارایی چرخه تولید و کاهش بار زیست محیطی معادن، برنامه ریزی در راستای افزایش نرخ بازیافت باطله ها، بازچرخش پساب معدنکاری و استحصال گاز متان ضروری به نظر می رسد. نتایج این ارزیابی، می تواند توسط تصمیمگیران در برنامه ریزی استراتژیک توسعه صنعت معدنکاری، ارزیابی اثرات معدنکاری زغال سنگ بر شاخص های توسعه پایدار کشور و مدیریت مؤثر منابع تجدیدناپذیر مورد استفاده قرار گرفته، و در نهایت تبدیل به استراتژی ها و اقدامات مدیریتی توسعه پایدار گردد.

زهکشی متان که گاززدایی از لایه زغال سنگ نیز نامیده می شود به عمل انتقال و بیرون کشیدن گاز موجود در لایه های زغال سنگ و لایه های دربرگیرنده از طریق چاه، گمانه و خطوط لوله اطلاق می شود. گاززدایی از لایه های زغال سنگ پیش از استخراج و در حین عملیات استخراج انجام می پذیرد. این عملیات با حفر گمانه های قایم از سطح زمین به داخل لایه، گمانه های قایم به داخل منطقه تخریب، گمانه های افقی، گمانه های جهت دار و نیز گمانه های تقاطعی به داخل طبقات دربرگیرنده قابل انجام است. عواملی زیادی بر انتخاب نوع سیستم های گاززدایی، اثر گذار هستند که به دو دسته عوامل عملیاتی و خصوصیات لایه زغال سنگ تقسیم می شوند. این عوامل باعث می شوند در یک معدن یک روش یا ترکیبی از روش های گاززدایی استفاده شود. هدف اصلی این تحقیق بررسی تاثیر پارامترهای عملیاتی و خصوصیات زغال سنگ بر سیستم گاززدایی در معدن زغال سنگ طبس است. برای این منظور تغییرات ضخامت لایه زغال سنگ، ارتفاع برش، عمق روباره، میزان استخراج زغال سنگ و مقدار متان استحصال شده با تهویه به بیرون معدن بر انتخاب سیستم گاززدایی بررسی شده است. بررسی های انجام شده با استفاده از نرم افزار کنترل و پیش بینی متان (MCP) نشان داده است که پارامتر ضخامت لایه و نیز میزان متان تهویه شده دوپارامتر مهمی هستند که بر تغییر نوع روش گاززدایی اثر دارند. علاوه بر این نتایج، بررسی های انجام شده نشان داده است که سیستم گاززدایی ترکیبی (HG یا VHG) از گمانه های قایم منطقه تخریب (G)، گمانه های افقی (H) و گمانه های عمودی (v) به بررسی تغییرات پارامتر مقدار متان تهویه شده حساسیت زیادی دارد و با تغییر این پارامتر احتمال انتخاب سیستم گاززداییHG کاهش و VHG افزایش می یابد.

زغال سنگ طبس به عنوان یکی از بزرگترین ذخائر زغال سنگ ایران مطرح می باشد. متوسط میزان گوگرد در لایه های B1، B2، C1،C2 و D این ذخیره به ترتیب معادل 3.49 ، 1.35 ، 1.6 ، 1.11 و 3.4 درصد گزارش شده است. جهت شناخت دقیق انواع گوگرد و تعیین نحوه توزیع آنها در زغال سنگ خروجی از معدن، نمونه ای معرف از کلیه کارگاه های فعال در لایهC1 تهیه و مطالعات خواص سنجی بر روی آن انجام گرفت. براساس مطالعات انجام شده میزان گوگرد کلی، پیریتی، سولفاتی و آلی در نمونه معرف تهیه شده به ترتیب معادل 1.44، 0.77، صفر و 0.67 درصد تعیین شده است. مطالعات میکروسکپی بر روی مقاطع صیقلی تهیه شده نشان می دهد که پیریت به صورت ذرات مجزا، پرشدگی در شکستگی ها، دانه تمشکی بی قاعده و با قاعده و همچنین پر شدگی حفره ای و عموما در ابعاد 1 تا 30 میکرون در داخل لیتوتیپ ها و مسرال های زغال متمرکز شده است. مطالعات تکمیلی توسط میکروسکوپ الکترونی حضور پیریت در ابعاد به مراتب کوچکتر از یک میکرون را در نمونه به اثبات رسانیده است. مطالعات تجزیه سرندی توزیع درصد بالایی از گوگرد کلی، پیریتی و آلی را در محدوده دانه بندی (6.35+ 15.87-) میلی متر نشان می دهد و این در حالی است که با حذف این محدوده دانه بندی، 18.37 درصد از بار ورودی نیز به بخش باطله منتقل می گردد. منحنی های شستشوی همزمان خاکستر و گوگرد که توسط مطالعات غرق و شناور سازی تهیه شده اند، نشان می دهد که به دلیل تمرکز بالای گوگرد در داخل لیتوتیپ ها و مسرال های زغال سنگ و انتقال آن به بخش کنسانتره، عملا توسط روش های ثقلی نمی توان گوگرد را از زغال جدا نمود. با توجه به نحوه توزیع پیریت و درصد قابل توجه گوگرد آلی (46 درصد) پیش بینی می گردد بتوان با استفاده از روش های میکروبی و شیمیایی میزان گوگرد زغال را به طور موثر کاهش داد.

ناحیه زغال دار پروده با گستره 1200 کیلومتر از جمله حوضه های مهم زغال دار خاور ایران مرکزی است که در 75 کیلومتری جنوب خاوری شهرستان طبس و میان طول های جغرافیایی 56o15’ تا56o45’  و عرض های جغرافیایی 32o50’ تا33o05’  قرار گرفته است. ذخایر زغال این ناحیه با سن تریاس بالایی از نوع بیتومینی با مواد فرار کم، خاکستر بالا و گوگرد متوسط تا بالا هستند که در بخش قدیر سازند نایبند جای گرفته اند. گوگرد پیریتی مهم ترین گونه شیمیایی گوگرد در لایه های زغالی است. کانی های کوارتز، ایلیت-کائولینیت، پیریت و کلسیت به ترتیب فراوان ترین کانی های سیلیکاتی، رسی، سولفیدی و کربناتی در لایه های زغالی منطقه هستند. نسبت به پوسته بالایی، عناصر اصلی غنی شدگی و عناصر فرعی تهی شدگی نشان می دهند. به جز عناصر کادمیم، لیتیم، آرسنیک و روی، لایه های زغال دار پروده با زغال سنگ های جهان و آمریکا همانند هستند. بر پایه شاخص غنی شدگی، عناصر آرسنیک، کبالت و کادمیم در رأس آلاینده های منطقه پروده قرار دارند. همبستگی بالای میان میزان خاکستر و عناصر سیلیسیم، پتاسیم و آلومینیم نشانگر ترکیب آلومینوسیلیکاتی خاکستر است. همچنین همبستگی بالای میان مقدار کادمیم، کبالت و آرسنیک با آهن و گوگرد پیریتی، تجمع این عناصر را در فاز سولفیدی نشان می دهد که در تحلیل آماری عاملی و خوشه ای نیز تایید می شود. شاخص جداسازی نشانگر افزودگی لیتیم، مولیبدن، مس و سرب در بخش کنسانتره است و نشان می دهد که این عناصر دارای پیوند آلی با بخش ماسرالی زغال هستند. بقیه عناصر فرعی به دلیل حضور در بخش کانیایی زغال سنگ در خاکستر غنی شده اند.

معدن پروده یک طبس در 75 کیلومتری جنوب طبس قرار دارد. منطقه مورد مطالعه به لحاظ جایگاه زمین شناسی ساختمانی در زون ایران مرکزی واقع شده است. حوضه زغال دار طبس در ایران مرکزی که وسیع ترین محدوده رسوبات یاد شده به شمار می رود، از سه پهنه زغالی با نام های پروده، نای بند و مزینو تشکیل شده است. رسوباتی که در پهنه پروده دارای رخنمون می باشد از قدیم به جدید عبارتند از: سازندهای نای بند، آب حاجی، پروده و بغمشاه. سازند نای بند خود از پنج بخش بنام های گلکان، بیدستان، حوض شیخ، حوض خان و قدیرتشکیل شده که بخش قدیر آن در پهنه پروده چند زون زغال سنگی را در خود جای داده است. بخش قدیر که بخشی از سازند نای بند است از شیل، ماسه سنگ و آرژیلیت و لایه های زغال سنگ تشکیل شده است. در این بخش زغال دار معادن مهمی مثل پروده و مزینو وجود دارد. معدن پروده خود به بخش های پروده 1 تا 4 و شرقی تقسیم می شود. در این پژوهش به مطالعه پروده 1 پرداخته شده است.به منظور بررسی ترکیب کانی شناسی و ژئوشیمیایی زغال سنگ های پروده 1 تعداد 24 نمونه از زغال سنگ های لایه های اصلی آن مورد بررسی قرار گرفت. خاکستر این زغال سنگ ها توسط دستگاه XRF و XRD تجزیه شدند. مطلاعت ژئوشیمیایی نشان داد که در بعضی از عناصر از قبیل سرب، روی و مس .... در زغال سنگ های پروده یک نسبت به واحدهای اطراف غنی شدگی دیده می شود، ولی هیچکدام نمی توانند منبع اقتصادی از نظر معدنی باشند. همچنین نمونه های شاخص این زغال سنگ ها توسط میکروسکوپ مورد بررسی پتروگرافی قرار گرفت. این پژوهش نشان داد که ماسرال های آن ها شامل ویترینیت، سمی ویترینیت و فوزینیت و کانی های همراه این زغال ها شامل کانی های رسی، سولفید آهن و کربنات ها است.