Добыча полезных ископаемых составляет важную часть экономики многих государств, включая Россию. Кроме подземной добычи ее важную часть составляет разработка открытым способом — в том случае, если залежи располагаются сравнительно неглубоко. Для этого используются современные технологии, применяется множество видов карьерной спецтехники.

Трудно сказать, когда человечество начало разработку первого в своей истории карьера. Но наверняка это произошло раньше, чем был вырыт первый рудник: добывать ископаемые, находящиеся непосредственно под поверхностью, а то и на ней, — много проще. Так или иначе, будет верным сказать, что человечество эволюционировало вместе с технологией добычи полезных минералов и строительных материалов. В ходе разработки карьера вынимаются и подвергаются сортировке миллионы тонн породы, что не может не влиять на состояние окружающей среды, как минимум — в местном масштабе. Тем не менее потребность цивилизации в полезных ископаемых, начиная с угля и заканчивая драгоценными металлами, век от века растет — а соответственно, растут и масштабы добычи.

К положительным сторонам добычи полезных ископаемых открытым способом нужно отнести такие факторы, как простота подготовительных (вскрышных и других) работ, относительная безопасность участников производственного процесса, сравнительно невысокие затраты на изыскательские работы и собственно добычу, большая производительность при извлечении породы.

Однако, помимо достоинств, у открытой разработки есть и свои недостатки. К ним относятся большое число работающей в карьере техники и оборудования, а значит, и немалые затраты на его приобретение и обслуживание. С углублением котлована растут и расходы на разработку залежей: доставка породы на обогатительный комбинат или пункт предварительной сортировки требует все больших усилий и все более длинных маршрутов для техники, следовательно, растут и затраты компании-разработчика.

Технологический цикл добычи полезных ископаемых открытым способом начинается с геологоразведки.

Необходимо не только найти залежи, но и оценить их объем, состав породы и глубину залегания на предмет целесообразности добычи. Далее проводятся предварительные работы на месте будущих разработок, которые включают в себя осушение (иногда обводнение) территории, прокладку коммуникаций (подъездные пути, электричество, связь, Интернет), выкорчевывание леса и возведение административных и вспомогательных построек. Сколько времени проходит с момента завершения геологоразведки до окончания предварительных работ, однозначно сказать нельзя: это зависит от инвестиций в будущий карьер, характера местности, климатических и погодных факторов.

 

Карьерный экскаватор

При добыче полезных ископаемых открытым способом — будь то залежи угля, марганца, руд, содержащих металлы, — широко используют карьерные экскаваторы — машины циклического действия, малосвязные или черпающие разрушенные породы и перемещающие их последовательно, прерывая копание на время перемещения породы. Вскрытие месторождений, выемка минералов и их последующая погрузка в транспортные средства — основные функции этих машин. Наряду с гигантскими многоковшовыми шагающими экскаваторами, роторными и канатными электрическими машинами наибольшее распространение при разработках открытым способом получили гидравлические карьерные экскаваторы на гусеничном ходу.

Характерный образец машин этого типа — Liebherr R9250. Оснащенный ковшом объемом 15 кубометров, он отлично подходит для работы с самосвалами 100-тонного класса. В зависимости от условий работы модель оснащается дизельной либо электрической силовой установкой мощностью 287 л.с.. Скорость вращения поворотного мотора — 8 оборотов в минуту. Машина может оснащаться как прямой, так и обратной лопатой и способна работать даже при экстремально низких температурах: до минус 40—50 градусов Цельсия. У модели  R9250, как и у других машин семейства экскаваторов Liebherr, низкий центр тяжести и большая глубина копания: 8,7 метра. Полная масса машины — 253,5 тонны.

Собственно разработка карьера начинается со вскрышных работ.

Необходимо удалить поверхностный, пустой слой породы, под которой находятся залежи полезных ископаемых. Для этого слоями удаляется грунт, в результате чего по периметру будущего карьера образуется каскад уступов. Если раньше для этих целей широко применялись буровзрывные работы, то сегодня для вскрышных работ чаще используется специальная техника, прежде всего — экскаваторы и погрузчики, а для вывоза пустой породы — карьерные самосвалы. Чем тоньше поверхностный слой — тем более эффективны горные работы: эффективность разработки открытым способом определяется соотношением перемещенной пустой породы к результату добычи. Количество кубических метров снятого грунта делится на тоннаж изъятого ископаемого.

Карьерный погрузчик

Обладающие куда более внушительными размерами, чем их строительные собратья, эти землеройно-транспортные машины на колесном или гусеничном ходу имеют в качестве главного рабочего органа ковш вместимостью до 10 кубометров и более, шарнирно закрепленный на конце стрелы и разгружающийся вперед. К функциям карьерных погрузчиков относятся рыхлительные и бульдозерные работы, резка и транспортировка породы, а также ее загрузка в кузов самосвала. 

Современные машины этого типа имеют эксплуатационную массу до 62 тонн. Кроме фронтального ковша в качестве сменного оборудования для карьерных погрузчиков используются бульдозерный нож, рыхлитель, грузоподъемная платформа и другие агрегаты.

Яркий представитель семейства карьерных погрузчиков — модель именитого японского производителя спецтехники Komatsu WA600-8. Этот карьерный погрузчик имеет эксплуатационную массу 55 тонн и оснащен ковшом объема 7,03 кубометра. Оригинальный силовой агрегат погрузчика  SAS6D170E-7 мощностью 529 лошадиных сил соответствует стандартам экологичности Tier 4 Final. По словам компании-разработчика, модель имеет целый ряд улучшений сравнительно с техникой Komatsu предыдущих поколений — в частности, у WA600-8 существенно улучшена обзорность кабины, а кресло оператора снабжено функцией подогрева.

 

Та же самая техника используется для непосредственной добычи полезных ископаемых.

В настоящее время из соображений экономической целесообразности многие процессы автоматизируются — например, все более широкое распространение получают беспилотные самосвалы, не требующие наличия водителя и часто вообще не имеющие кабины; встречаются и объекты, где управление процессом добычи осуществляется полностью дистанционно («умный карьер»).
и более высоких первоначальных затратах такой подход гарантирует значительную экономию на оплате труда персонала, а кроме того,  обеспечивает безопасность жизни и здоровья сотрудников добывающего предприятия. Тем не менее даже работа в технически оснащенном карьере по-прежнему считается довольно тяжелой, а порой и экстремальной для человеческого организма и поэтому требует высокой физической и психологической стабильности. В то же время вред от работы в карьере для человеческого организма намного меньше, чем в шахте, а уровень травматизма — существенно ниже.

Полезные ископаемые, добываемые в карьере, подвергаются дроблению и сортировке на месте либо транспортируются самосвалами в перевалочные пункты и далее — на обогатительные комбинаты. Вывоз породы из карьера осуществляется карьерными самосвалами; наиболее вместительные образцы этой техники способны транспортировать около пятисот тонн груза — однако по дорогам общего пользования эта техника в силу своих габаритов передвигаться не может, поэтому к месту работ ее обычно доставляют в разобранном виде, по железной дороге, автотрассе или морским транспортом.

Карьерный комбайн

На смену буро-взрывным методам при разработке полезных ископаемых открытым способом все чаще приходят карьерные комбайны, позволяющие не только добывать материал, но и погружать его напрямую в грузовики либо укладывать в отвалы. Если самосвал занят другой работой, срезанная комбайном порода подается по конвейеру и отсыпается в отвал. Именно так работают комбайны компании Wirtgen. В зависимости от угла поворота их конвейера материал может складироваться в один отвал с 3—5 заходов срезания породы. В дальнейшем материал загружается в кузов самосвала с помощью карьерного погрузчика. В зависимости от высоты полученного отвала при помощи фронтального погрузчика возможно выполнять погрузку материала.

Наиболее производительные карьерные комбайны Wirtgen для разработки мягких и крепких горных пород 4200SM рассчитаны на глубину  фрезерования до 830 и 650 миллиметров при ширине фрезерования 4,2 метра. Кроме своей основной задачи — добычи угля, известняка, боксита, железной руды, фосфатов, горючего сланца, кимберлита, соли — эти карьерные комбайны способны эффективно работать в строительстве, включая дорожное. В частности, этим машинам по силам выполнение таких функций, как прокладка трассы для строительства дорог и сооружения рельсового пути, точное фрезерование траншей, плоскостей и откосов, фрезерование каналов, формирование подошвы тоннеля и восстановление дорог.

Открытым способом добывают множество ценных ископаемых: уголь, янтарь, мрамор, алмазы — список можно продолжать очень долго. А разработка карьера может продолжаться от нескольких лет до многих десятилетий. Например, разработка карьера Бингем-Каньон в США, штат Юта, глубина котлована которого в настоящее время составляет 1200 метров, продолжается с 1863 года.

На особенности добычи влияет множество факторов; горняки говорят, что двух идентичных карьеров в принципе не существует. Тем не менее большинство этих сооружений имеет ряд общих элементов; среди них — рабочий и нерабочий борт; дно или подошва — нижняя площадка уступа; нижний и верхний контуры; вскрышные и очистные уступы; площадки (ниже откоса, выше откоса); пункт приема породы; транспортные коммуникации. Периметр подошвы карьера определяется удобством добычи породы и ее погрузки в карьерные самосвалы.

 

Карьерный самосвал

Карьерные самосвалы — разновидность внедорожных машин этого типа, используемых при разработке месторождений открытым способом. Из-за внушительных размеров их эксплуатация на дорогах общего пользования невозможна — и к месту работ их доставляют в разобранном виде. Наиболее целесообразной для тяжелых самосвалов признана схема с двумя осями, с разгрузкой назад, с задним или полным приводом Отдельный подкласс карьерных самосвалов составляют машины шарнирно-сочлененной конструкции, для которых используется трехосная схема.
пример, такие, как выпускает южноафриканская компания Bell — каждый пятый шарнирно-сочлененный самосвал в мире сходит с ее конвейера. Главная особенность этой техники — наименьшая масса во всех классах грузоподъемности, что достигается благодаря применению высокопрочного сварного шасси из легированной стали и долговечных, оптимизированных для уменьшения веса, компонентов. Среди других особенностей — мощные двигатели  Mercedes Benz и трансмиссии со встроенным замедлителем ZF и Allison. Одна из популярных моделей — BELL B50D с колесной формулой 6×6 при собственной массе 34,5 тонны способна перевозить 45,4 тонны груза. Она оснащена дизельным двигателем мощностью 523 л.с. и 640-литровым топливным баком. Из систем безопасности самосвала нужно отметить автоматический горный тормоз, функцию быстрой заливки топлива с сухим затвором и мониторинг давления в шинах и защиту кабины от опрокидывания и падающих предметов.

Как уже было сказано выше, добыча полезных ископаемых не проходит даром для экологии.

Устройство карьера разрушает ландшафт, складывавшийся веками, а порой и тысячелетиями. Выкорчевываются многие гектары лесов, осушаются озера, производятся взрывные работы, изменяется уровень грунтовых вод. Тысячи кубометров почвы, которые могли бы быть использованы в сельскохозяйственных целях, в ходе вскрышных работ превращаются в отвалы. В зависимости от химического состава грунта отвалы могут содержать элементы, опасные не только для растительного и животного мира, но и для здоровья людей, живущих в близлежащих населенных пунктах. Их жители также страдают от высокого уровня шума, загрязнения сточных вод и выбросов угарного газа от двигателей спецтехники и оборудования.

Несмотря на то, что добыча полезных ископаемых открытым способом наносит ощутимый вред окружающей среде, вредные последствия от нее можно минимизировать. Для этого выработанные карьеры часто заполняют водой, создавая искусственные водоемы, а на прилегающих территориях проводят рекультивацию, засаживая их деревьями и кустарниками. Что касается отвальных пород, из них нередко получают минеральные удобрения, глинозем, а также некоторые виды строительных материалов. Все эти меры позволяют не только частично компенсировать ущерб, нанесенный природе открытыми разработками, но зачастую и получить экономическую выгоду. В мире год от года растет число предприятий, специализирующихся, занятых окультуриванием территории выработанных карьеров и переработкой отходов добычи.

Карьеры, разрезы, в которых добывают уголь, каменоломни позволяют людям ежегодно получать миллионы тонн ценных природных материалов. Только в России открытым способом получают более 4/5 от общего объема железной руды и горно-химического сырья, до 2/3 руд цветных металлов, почти весь объем неметаллических полезных ископаемых и строительных горных пород, более трети угля, причем в ближайшей перспективе намечено довести удельный вес его добычи до 56—60%. Из-за своей высокой экономической эффективности добыча открытым способом превалирует и в ряде других стран, располагающих значительными залежами полезных ископаемых, — США, Канаде, Австралии и Китае.

Дробильное оборудование

Нередко первичная переработка полезных ископаемых выполняется непосредственно на месте добычи. Для этого используется различное дробильно-сортировочное оборудование. Например, для обработки известняка и других материалов с невысокой абразивностью хорошо подходят роторные дробилки с горизонтальным валом Telsmith первичного и вторичного дробления. Они сконструированы с большим запасом прочности и имеют цельный массивный ротор, что является их основным преимуществом сравнительно с представленными на рынке аналогами, а также большую камеру дробления, которая обеспечивает высокую производительность и кубовидную форму материала на выходе. Наиболее производительная из дробилок для первичного дробления — Telsmith 6071 с приводом мощностью 800—1500 л.с., которая имеет производительность 1000—2100 тонн в час. Дробилка эксплуатационной массой 89 тонн рассчитана на максимальный размер входящего куска 1422 мм. Из дробилок для вторичного дробления наиболее производительная — Telsmith 5263 с приводом мощностью 300 л.с,; ее производительность достигает 320 тонн в час. Эта модель рассчитана на максимальный размер входящего куска 406 мм; вес дробилки — 22 тонны.

Источник: proteh.org

Образование месторождений

Формирование месторождений полезных ископаемых, как правило, происходит либо в мантии Земли, под воздействие огромного давления и высокой температуры, либо на поверхности, под воздействием различных факторов. Также образуются полезные ископаемые из-за изменения горных пород.

Классификация месторождений полезных ископаемых

Месторождения могут быть разделены на 3 группы, согласно физическому состоянию полезных ископаемых:

• — Жидкие. Представлены нефтью и подземными водами.
• — Твёрдые. Самая большая группа, включающая в себя различные руды, минералы, кристаллы и другие ценные ресурсы.
• — Газообразные. Добыча газа также является важным направлением в добыче полезных ископаемых. Так, важными считаются гелий, криптон, неон, аргон и другие.

Также месторождения классифицируют по способу применения добываемых ресурсов:

• — Металлические (рудные). К этой группе относят различные металлы, в том числе и радиоактивные. Особенно ценными считаются всем известное золото (около 40 тысяч долларов за килограмм), родий (по ценности не уступает золоту) и платина (30 тысяч/кг). Ценят их не только за редкость, но и за их особые свойства. Так, родий обладает высокой температурой плавления, что позволяет использовать его в промышленности, а также имеет высокие отражательные свойства, благодаря чему применяется для создания зеркал. Вообще говоря, все металлы нужны и каждому можно найти применение.
• — Горючие. Всё, что хорошо горит и может использоваться для отопления. В первую очередь, это нефть. Также важную роль играют горючие газы. Чуть менее ценны, но также очень важны твёрдые горючие материалы: торф, уголь, сланец и другие.
• — Гидроминеральные. Вода — тоже полезное ископаемое, особенно если она обладает полезными свойствами. К этой группе, например, относят минеральные воды, подземные воды, а также поверхностные бытовые и технические воды.
• — Неметаллические (нерудные). В эту группу можно отнести всё оставшееся. Это строительное и техническое сырьё, химические ресурсы, агрономические и другие.

Применение полезных ископаемых и последствия

Именно благодаря добыче полезных ископаемых люди совершили скачок в своём развитии. На сегодняшний день добываемые ресурсы используются практически во всех сферах деятельности. И это хорошо, наверное. В любом случае, мало кто из современных людей может долгое время обходиться без удобств. Транспорт, медицина, телевидение, интернет, холодильник и газовая плита, душ. Всё это было бы невозможно без добычи полезных ископаемых.

Но за всё нужно платить. За комфортную и хорошую жизнь человека расплачивается природа, пока что. Ведь отходы добычи и производства никому не нужны, а уничтожать их трудно. Поэтому создаются насыпи и захоронения ненужных материалов, а также отходы сливаются в моря и океаны.

Любые поступки влекут за собой некие последствия, но люди учатся лишь на своих ошибках, и не могут подумать заранее. Лишь после того, как образовались озоновые дыры, был введён запрет на применение некоторых химических веществ. Только после того, как вырубка лесов в некоторых регионах стала причиной образования большого количества песчаных бурь, деревья снова начали там высаживать, создавать такие защитные лесополосы. Когда с лица земли стали исчезать целые виды животных и растений, тогда задумались о том, как деятельность человека влияет на это и попытались сделать хоть что-то. Правда, не преуспели, каждый день исчезает около 40 видов живых организмов и растений.

В наше время, добыча полезных ископаемых необходима уже не столько для развития человечества, сколько для комфортного существования. И это настоящая проблема человечества. Люди не видят, или не желают видеть разницы между необходимым и избыточным.

Источник: naturae.ru

Какие бывают виды месторождений

К драгоценностям относятся редкие, красивые минералы. Их не так много, самые известные – рубины, алмазы, сапфиры, топазы. Большую группу составляют поделочные минералы, которые выглядят не менее красиво и используются для изготовления украшений.

Каждый минерал имеет свое месторождение, в зависимости от состава окружающих горных пород. Как правило, разработка этих месторождений ведется уже несколько сотен лет, новые месторождения открываются редко. Известные места добычи ювелирных камней:

• Якутия и Намибия – алмазы;
• Иран – бирюза;
• Пакистан – рубины;
• Шри-Ланка – сапфиры и рубины;
• Урал – топазы.

Существует три вида месторождений: горные выработки, открытые карьеры, россыпи. В последнем случае минералы отделяются от горных пород в процессе эрозии, их уносит потоками воды. Добыча камней в россыпях проводится способом ручной промывки.

Горные выработки – это подземные шахты, в которых с помощью ручного труда идет добывание драгоценных камней. Сначала строят разведочную выработку, чтобы определить количество и качество минералов.

Открытый карьер – это разработка полезных ископаемых и минералов в слоях горных пород. По мере разработки карьер копают все глубже и глубже. Самый крупный карьер находится в Чили, его размер 3х4 м, глубина – 850 м. Самое крупное месторождение алмазов в России находится за полярным кругом, это карьер «Удачное».

Горнодобывающие предприятия

Как правило, месторождение открывается случайно, без применения технических средств или научной базы. Специально ученые ищут только самые дорогие камни – алмазы. На месте залежей драгоценных камней строят горнодобывающее предприятие.

Виды горнодобывающих предприятий:

• Рудники – крупные предприятия по добыванию полезных ископаемых под землей или открытым способом;
• Прииски – шахты и карьеры для добывания самоцветов;
• Копи – шахты для добывания полезных ископаемых, выкопанные вручную.

Доступные способы добычи драгоценных камней

Способы добычи самоцветных камней остались практически такими же, как в древние времена. С помощью лопат роют шахту, горные породы поднимают в корзинах на веревках. Обычно работу начинают рядом с рекой, в которой можно промывать породы. В процессе промывки рабочие находят 1-2 самоцвета на корзину с породой. После этого процесс повторяется сначала. Свои находки искатели продают на аукционах или местных рынках. Специалисты их обрабатывают и сдают в магазины.

На рынке ценятся самоцветы без примесей. Определить это может только специалист. Он проводит предварительную обработку и огранку минералов. Например, сапфиры подогревают для придания красивого оттенка. Мастер должен знать свойства камней, чтобы отличить драгоценность от подделки.

Добыча в Шри-Ланке

В Шри-Ланке добыча камней идет вручную. Из автоматических средств используют только насосы, которые откачивают подземные воды. Шахты копают прямо на рисовых полях. Экскаваторы и другая техника не используются, так как после них остаются озера и болота.

Шри-Ланка известна тем, что весь остров содержит огромное количество минералов. Здесь находится половина известных видов камней, которые используются для ювелирных изделий. Разработку ведут частные искатели по специальной лицензии, ее нужно оплачивать ежегодно.

Примитивные методы добычи

Самый простой способ разработки драгоценных камней – это сбор россыпей вдоль горных рек. Наросты кристаллов находятся на поверхности, их можно увидеть в расщелинах скал. Их сбивают молотком и зубилом, в некоторых случаях применяют отбойные молотки и взрывчатку. Взрывчатые вещества применяются редко, так как они могут повредить ценные минералы.

Еще один способ – добыча в устье реки. Ее специально ускоряют, чтобы вода текла быстрее. Рабочие стоят в воде и длинными шестами мутят дно. Легкие песчаные компоненты уносит вода, а самоцветные камни остаются лежать на дне.

Самый сложный способ получения самоцветов – это постройка глубоких шахт. Их роют специальной техникой, строят перекрытия, чтобы стены не осыпались. Вход закрывают укрытием от дождя. Грунтовые воды откачивают насосами. Природные камни залегают в песчаном слое, в нем и ведется добыча. Горизонтальные выработки занимают несколько метров под землей.

Использование взрывчатки

Горные штольни строят в твердых породах с помощью взрывчатки. Этот способ затратен по времени и силам, поэтому к нему прибегают, если есть уверенность в залежах драгоценных камней. Обычно добыча самоцветов совмещается с геологической разведкой и добычей других минералов.

Главная проблема всех приисков и рудников – это хищения. Они не только приносят убытки искателям и горнодобывающим предприятиям, но и снижают цену самоцветов на рынке. Поэтому серьезные компании тщательно охраняются свои рудники.

Разработка драгоценных камней осуществляется в горных породах, устьях рек и в открытом грунте. В некоторых странах запрещена самостоятельная добыча, этим могут заниматься только промышленные предприятия. Другие страны разрешают такой промысел при покупке лицензии.

Источник: promzn.ru