Деятельность человека по добыче полезных ископаемых

Схематическая карта мест наиболее активных разработок полезных ископаемых

Добы́ча поле́зных ископа́емых — процесс извлечения твёрдых, жидких и газообразных полезных ископаемых из недр Земли с помощью технических средств[1][2]. Добыча полезных ископаемых относится к первичному сектору экономики.

Процесс добычи полезных ископаемых заключается в разработке месторождений полезных ископаемых. При разработке месторождений производится выемка полезного ископаемого и транспортировка его к местам дальнейшей переработки или полезного использования.

Термин «Добыча полезных ископаемых» используется также как экономическая категория. Как экономическая категория выражается в объёмных или весовых единицах измерения[2]:

в кубических метрах (м³) применительно к природному газу, нерудным строительным материалам;
в тоннах (т) применительно к углю, нефти, рудам, нерудному сырью;
в м³/сутки применительно к промышленным водам;
в каратах применительно к драгоценным камням;
в килограммах (кг) применительно к полудрагоценным камням, камнесамоцветному сырью, пьезооптическому сырью;
в квадратных метрах (м²) применительно к облицовочному декоративному камню.

Способы добычи полезных ископаемых[править | править код]

Добыча полезных ископаемых насчитывает многотысячелетнюю историю.
За всю историю человечество выработало различные способы добычи полезных ископаемых.

Добыча твёрдых полезных ископаемых ведётся открытым способом, подземным способом или комбинированным открыто-подземным способом. Открытым способом добывается около 90 % бурых углей, 20 % каменных углей, 70 % руд чёрных и цветных металлов.

Добыча жидких и газообразных полезных ископаемых осуществляется путём бурения с поверхности земли скважин, через которые производится их откачка в специальные хранилища.

Добыча полезных ископаемых, которые залегают непосредственно на поверхности земли (торф, нерудные строительные материалы и некоторые другие) осуществляется с поверхности при полной механизации основных производственных процессов.

Начиная с 1960-х годов, стала развиваться добыча со дна моря твёрдых полезных ископаемых (золото, олово, алмазы, циркон, монацит, ильменит и др.), а также нефти и газа.

Выбор способа добычи полезного ископаемого определяется горно-геологическими условиями залегания полезных ископаемых и обосновывается технико-экономическими расчётами.

Динамика мировой добычи важнейших видов полезных ископаемых[править | править код]

По мере развития научно-технического прогресса объёмы добычи полезных ископаемых и число их видов непрерывно увеличивались. По подсчётам академика В. И. Вернадского, выполненным в 1915 году, человечеством в античную эпоху добывалось и использовалось всего 19 элементов, в XVIII веке — 28, в XIX веке — 50, в начале XX века — 60. В настоящее время используются все 89 химических элементов, содержащихся в земной коре[3].

Постоянно увеличивались темпы роста добычи полезных ископаемых. Из всего объёма полезных ископаемых, извлечённых из недр земли за всю историю человечества, преобладающий их объём добыт в XX веке: нефти — 99,5 %, угля — 90 %, железной руды — 87 %, медной руды — 80 %, золота — 70 %. Поиск и освоение новых месторождений охватили практически всю приповерхностную часть земной коры, включая прибрежный шельф и дно Мирового океана[2][3].

При этом структура объёмов добычи различных ископаемых меняется по мере развития научно-технического прогресса. Так, например, в период с 1850-х по 1930-е годы, в общем объёме добычи доминировал каменный уголь, в период с 1940-х по 2000-е — нефть, а начиная с 2010-х — природный газ (в том числе и сланцевый). Изменяется и динамика добычи металлических руд: так, доля железной руды в общем объёме добычи непрерывно снижается с начала 1920-х годов (хотя в валовом исчислении — сохраняется и в отдельные периоды растёт), в то время как добыча руд цветных металлов увеличивается. Добыча некоторых полезных ископаемых, например торфа, сокращается в валовом исчислении начиная с 1940-х годов.

На динамику добычи некоторых полезных ископаемых влияет и возможность вторичной переработки. Например объём чёрного металлолома, накопленный в мире уже к началу 1900-х годов составил заметную часть в сырьевой составляющей металлургии, а в 2010-х годах доля металлолома в сырьевой базе превышает 40 %. По некоторым цветным металлам, например свинцу, доля лома в сырьевой составляющей ещё выше. Непрерывно растёт и доля вторичного сырья в производстве пластмасс и изделий из стекла.

Значение некоторых полезных ископаемых по мере развития технологий окончательно утрачивается. Например, в период с 1830-х по 1970-е годы в значительных объёмах добывался природный монокристаллический кварц как пьезооптическое сырьё. По мере развития технологий производства сложных оптических стёкол, пьезокерамики и выращивания искусственных кристаллов значение природного кварца для оптики и электронику утратилось: в оптике его заменили лучшие по характеристикам тяжёлые стёкла и синтетические кристаллы, а в электронике — пьезокерамики, пьезоэлектрические характеристики которых на несколько порядков лучше, чем у кварца. Поэтому в настоящее время природный кварц применяется только ювелирами. Аналогичная ситуация произошла с разновидностями корунда: с сапфиром и рубином, а также с алмазами — природные камни используются только в ювелирном деле, тогда как в технике используются синтетические. Следует отметить и тот факт, что перечисленные природные камни редкие и дорогие, тогда как их искусственное производство сравнительно дешёвый процесс, не требующий дефицитного сырья.

Примечания[править | править код]

↑ Добыча полезных ископаемых. Статья в БСЭ
↑ 1 2 3 Добыча полезных ископаемых // Горная энциклопедия / Гл. редактор Е.А. Козловский. — М.: Советская энциклопедия, 1986. — Т. 2. — С. 234-235.
↑ 1 2 [dic.academic.ru/dic.nsf/enc_tech/384/%D0%B4%D0%BE%D0%B1%D1%8B%D1%87%D0%B0 Добыча полезных ископаемых человеком]

См. также[править | править код]

Горное дело
Горная промышленность
Добыча рудного золота — обучающее видео

Некоторые внешние ссылки в этой статье ведут на сайты, занесённые в спам-лист.

Эти сайты могут нарушать авторские права, быть признаны неавторитетными источниками или по другим причинам быть запрещены в Википедии. Редакторам следует заменить такие ссылки ссылками на соответствующие правилам сайты или библиографическими ссылками на печатные источники либо удалить их (возможно, вместе с подтверждаемым ими содержимым).

Список проблемных доменов

Источник

Главная страница
Случайная страница

КАТЕГОРИИ:

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника

Геологическая деятельность человека и охрана окружающей среды

Люди в своей жизнедеятельности активно воздействуют на земную кору и ее поверхность. Процесс преобразования земной коры человеком, а также его воздействия на естественные геологические процессы получил название антропогенного геологического процесса. По размерам и масштабам он вполне сопоставим с естественными экзогенными геологическими процессами, но отличается от них молодостью. Антропогенный процесс возник не более миллиона лет назад, тогда как некоторые геологические процессы действуют не один миллиард лет. Второе отличие — необычайно бурное нарастание этого процесса.

В. И. Вернадский ту часть земной коры, которая подвержена переработке человеком, а также внешние оболочки Земли (атмосфера, биосфера), изменяемые людьми, объединил в понятие ноосферы (греч. «ноос» — разум), т. е. сферы действия человеческого разума.

Геологическая деятельность человека

Геологическая деятельность человека протекает в основном по пяти направлениям: 1) извлечение из недр Земли разнообразных полезных ископаемых; 2) проведение агротехнических мероприятий; 3) создание промышленных и гидротехнических сооружений; 4) вмешательство в естественные геологические процессы; 5) охрана геологической среды.

Добыча полезных ископаемых. За последние 200 лет из недр Земли добыто огромное количество угля, нефти, железа, природного газа, торфа, строительных материалов и других нерудных полезных ископаемых. Причем объем добычи непрерывно нарастает. Нерудных полезных ископаемых в последнее время извлекается по 600 млн т в год. Гигантские наземные (карьеры, котлованы) и подземные (траншеи, галереи, штреки, шахты) выработки остаются в земной коре, особенно после разработки строительных материалов. К этому следует добавить, что на каждую тонну добытого полезного ископаемого из земной коры изымается 2—3 т вмещающих или покрывающих пород. Из недр Земли во все увеличивающихся количествах извлекается также подземная вода. Только в России откачивается свыше 580 км3 подземных вод в год, что превышает годовой сток самой многоводной реки России — Енисея (548 км3).

Естественно, что откачка воды и нефти из недр создает пустоты в земной коре, разуплотняет породы, нарушает их текстуру, вызывает опускание поверхности Земли. При интенсивном извлечении воды, нефти или газа опускания могут быть весьма значительны. Так, в районе Токио (Япония) отдельные участки опускаются до 20 см в год, а в Мехико даже до 30 см. Эти цифры показывают, что скорость антропогенных опусканий не только соизмерима со скоростью вертикальных тектонических движений, но и значительно может превышать их.

Откачка подземных вод происходит не только в целях водоснабжения и орошения, но и при разработке полезных ископаемых. Например, для осушения железорудных карьеров Курской магнитной аномалии откачивается 120 тыс. м3 подземной воды в год. В связи с откачкой понижается уровень грунтовых вод.

Сельскохозяйственная деятельность человека. Эта деятельность связана с переработкой и созданием самого верхнего тонкого слоя земной коры — почвы. Разрыхляя, обогащая его воздухом и водой, внося минеральные удобрения, человек регулирует количество гумусового вещества, успешно соревнуясь в этом геологическом процессе с процессом выветривания. Таким образом человек ежегодно перерабатывает свыше 6000 км почвы. В условиях сухого климата человек обогащает засушливые почвы водой. Орошаемые площади составляют свыше 120 млн га, а к концу века по-видимому, эта цифра достигнет 200 млн га. В районах с избыточным увлажнением человек производит осушение почвы. Только в России в ближайшие 10 лет будет осушено 15-16 млн га . Увлажнение или осушение почвы влияет в свою очередь на климат и на режим подводных вод данной местности.

Инженерно-техническая деятельность человека. Своей деятельностью, направленной на сооружение городов, заводов, гидротехнических и других объектов, человек активно изменяет весь верхний слой Земли и атмосферу, влияет на ход естественных, геологических процессов. Этот вид антропогенной деятельности В. И. Вернадский назвал техногенезом. Техногенез наиболее отчетливо проявляется на территории крупных городов, занимающих в настоящее время большую площадь (от 100 до 17 000 км2). Например, столица КНР — Пекин — занимает площадь 16,8 тыс. км2, а всего городские, сельские и другие техногенные сооружения занимают 4% поверхности континентов, а по прогнозу на 2000 г. уже более 15%.

Весьма активно антропогенные процессы развиваются в районе крупных заводов, особенно химических, горнодобывающих из горноперерабатывающих предприятий. Здесь создается специфический ландшафт, изменяющий рельеф местности, почвенный и растительный покровы, состав атмосферы, гидросферы, а на поверхности Земли накапливаются отходы производства и быта. Значительная геологическая работа производится при дорожном строительстве. Протяженность только железных дорог в мире составляет 1400 тыс. км. Строительство их сопровождается созданием насыпей, дамб, водособирающих канав, тоннелей, траншей, котлованов для выработки дорожно-строительных материалов.

Огромный размах получило строительство различных подземных сооружений: так, к 1970 г. было построено 26 тыс. км тоннелей, причем некоторые из них проходят на глубине нескольких километров (Симплонский тоннель в Альпах на глубине свыше 2 км). В Японии построены тоннели под морскими проливами между о-вами Хонсю и Хоккайдо (длиной 54 км), Хонсю и Кюсю. Научно-технический прогресс позволяет проектировать такие грандиозные морские транспортные тоннели, как Ламаншскнй (длиной свыше 49 км) и Гибралтарский.

Подземные выработки с древних времен служили жилищами для человека. В них размещались целые поселения, например подземный город в Киево-Печерской лавре (монастырь), средневековый город Чуфут-Кале в Крыму, поселение буддийских монахов в пещерах-кельях в Бамиане вокруг памятника Будде (Афганистан).

В настоящее время подземное строительство получило большой размах: сооружаются объекты промышленного, гражданско-бытового, гидротехнического, транспортного, военного значения. Эти постройки бывают многоярусными и уходят на глубину в десятки и сотни метров. Особенно интенсифицировалось строительство подземных сооружений в годы второй мировой войны, когда только в Германии площадь, занятая подземными предприятиями, достигла 455 тыс. км2.

Гидротехнические сооружения — это отрасль техногенеза, значительно влияющая на изменение окружающей среды. Особенно сильно техногенез проявляется при создании различных гидротехнических объектов, сооружаемых в целях получения дешевой электроэнергии для нужд мелиорации, регулирования стока речных вод, борьбы с селями и др. Грандиозность этих сооружений общеизвестна. Так, плотина Красноярской ГЭС имеет длину 1124 м и высоту 124 м. На реке Инд в Пакистане строится плотина длиной 3 км и высотой 148 м. Такая же высота у селезащитной плотины в районе г. Алма-Аты. Высота Саяно-Шушенской плотины на Енисее превышает 200 м. Большое количество насыпей, плотин, молов строится на морях. Предложены проекты гигантских океанических плотин, например через Берингов пролив, разделяющий Азию и Америку. При строительстве плотин из недр Земли извлекается и укладывается в тело плотины огромное количество горных пород.

Велика геологическая работа при строительстве каналов — искусственных антропогенных рек, соединяющих отдельные речные бассейны, проводящих воду для сельскохозяйственных и других нужд на расстояние сотен километров. Только в России суммарная длина каналов достигает 4000 км. Особенно грандиозны транспортные каналы, такие, как Суэцкий, Панамский и другие, соединяющие различные моря и даже океаны. Трудно представить, какое огромное количество горных пород перерабатывает человек при строительстве каналов.

Гидротехническая деятельность изменяет весь режим поверхностных и подземных вод. В связи с постройкой плотин резко меняются облик речных долин и гидрологический режим рек. После постройки всех плотин площадь зеркала вод р. Волги увеличилась в 11 раз.

Подпор воды в реках меняет режим подземных вод. Уровень их поднимается, местами наблюдается заболачивание; в засушливых районах может происходить засоление почв. Крупные водохранилища меняют климат района в сторону увлажнения, уменьшения континентальности.

Антропогенный геологический процесс как один из современных процессов. Антропогенный геологический процесс в настоящее время сопоставим по масштабу с любым природным геологическим процессом, но его воздействие на земную кору и географическую оболочку в целом более разнообразно, чем любого естественного геологического процесса.

В антропогенном геологическом процессе можно различать те же три аспекта, что и в природных экзогенных процессах: 1) разрушение вещества земной коры (дезинтеграция); 2) перемещение его (транспортировка) и 3) создание новых горных пород.

Разрушение вещества земной коры. Извлекая твердые полезные ископаемые, откачивая нефть и воду, добывая горючий газ, создавая подземные сооружения, человек нарушает текстуру и структуру земной коры, нарушает связность отдельных ее частей: дробит, размельчает породы, т.е. дезинтегрирует их, образует наземные и подземные пустоты, проникая все дальше и дальше в глубь Земли. Открытые карьеры опускаются на десятки и сотни: метров, например железодобывающие карьеры в Казахстане или в районе Курской магнитной аномалии (КМА) достигают глубины 150 м, а проектная их глубина составляет более 200 м. Угольные шахты в Кузнецком бассейне достигают 1400 м (шахта Петровская); в Индии шахты, разрабатывающие золото, имеют глубину до 3800 м, а в Южной Африке — до 4000 м. Кольская сверхглубокая скважина превысила глубину 12 000 м. Добыча газа в США уже проводится с глубины 9000 м.

Перемещение дезинтегрированного материалапроизводится в основном в вертикальном направлении, т. е. снизу вверх на поверхность Земли и даже в атмосферу. Руды и породы перемещаются в огромных количествах. Так, в Трансваале (ЮАР) ежегодно извлекается свыше 100 млн м3 алмазоносных пород, в КМЛ (Россия) — около 1 млрд м3 пород. В настоящее время при горных и строительных работах на поверхность Земли из недр перемещается 1 км3 горных пород в год. Эта цифра сопоставима с годовым объемом аллювия (твердого стока), переносимого реками. Еще больше человек транспортирует из недр Земли жидкие (нефть, вода) и газообразные продукты.

При антропогенном процессе транспортировка идет не только из Земли, но и с поверхности внутрь Земли. Так, при сельскохозяйственных работах в 1963 г. было внесено в почву 36,4 млн т удобрений. В нефтедобывающих районах в целях поддержания внутрипластового давления нефти в скважины закачивают морскую или речную воду. Для укрепления пород, ликвидации трещин при строительстве и бурении иногда через скважины вводят цементирующие растворы. Создаются огромные подземные резервуары пресной воды, особенно в засушливых районах, а также естественные или искусственные хранилища нефти и газа. Только в США их объем составляет 14 млн м3. Все в больших масштабах начинают захоронять в земле твердые отходы (соли, газы и т. п.) некоторых производств — нефтяного, химического и др. Особые заботы связываются ныне с захоронением радиоактивных веществ, остающихся при использовании урановой руды.

Природный газ в пластовых условиях (условиях залегания в земных недрах) находится в газообразном состоянии — в виде отдельных скоплений (газовые залежи) или в виде газовой шапки нефтегазовых месторождений, либо в растворенном состоянии в нефти или воде

Добыча сланцевого газа предполагает горизонтальное бурение и гидроразрыв пласта. Горизонтальная скважина прокладывается через слой газоносного сланца. Затем внутрь скважины под давлением закачиваются десятки тысяч кубометров воды, песка и химикатов. В результате разрыва пласта газ по трещинам поступает в скважину и далее на поверхность.

Данная технология наносит колоссальный вред окружающей среде. Независимые экологи подсчитали, что специальный буровой раствор содержит 596 наименований химикатов. Десятки тонн раствора из сотен наименований химикатов смешиваются с грунтовыми водами и вызывают широчайший спектр непрогнозируемых негативных последствий. При этом разные нефтяные компании используют различные составы раствора. Опасность представляет не только раствор сам по себе, но и соединения, которые поднимаются из-под земли в результате гидроразрыва. В местах добычи наблюдается мор животных, птиц, рыбы, кипящие ручьи с метаном. Домашние животные болеют, теряют шерсть, умирают. Ядовитые продукты попадают в питьевую воду и воздух. У американцев, которым не посчастливилось жить поблизости от буровых вышек, наблюдаются головные боли, потери сознания, нейропатии, астма, отравления, раковые заболевания и многие другие болезни.

Создание новых горных пород. В процессе антропогенной деятельности в значительных масштабах создаются новые горные породы. Прежде всего при участии человека формируется почва, часто сильно отличающаяся от той, которая могла бы образоваться в данной местности при естественных процессах выветривания. Процесс почвообразования с помощью человека происходит на огромных площадях материков.

При добыче и переработке полезных ископаемых человек создает из отходов производства новые рыхлые отложения, состоящие из измельченных обломков пустой породы, новых химических соединений и т. д. Эти отложения образуют линзы, пласты, холмы, иногда целые горы на поверхности Земли. В местах добычи угля, например в Донбассе, можно наблюдать высокие черные конусовидные холмы — терриконы, сложенные измельченными рыхлыми породами, вмещавшими когда-то уголь. Вблизи больших старых карьеров стройматериалов или железных рудников почти всегда обнаруживаются пологие холмы, занимающие площадь в несколько квадратных километров. Это все отвалы выработок — породы, имеющие собственную структуру и текстуру.

Отбросы антропогенного процесса, скапливаясь на поверхности Земли, создают новую породу специфического состава, именуемую «культурным» слоем. Он наиболее мощный в районе крупных городских поселений. Это пестрая по составу, серая, черная или бурая порода, состоящая из бытовых отбросов, смешанных с почвой. Она образует пластообразные или линзовидные тела. По существу, антропогенные отложения создаются человеком и при засыпке карьеров, оврагов, других неровностей рельефа, при создании плотин, насыпей. Слои антропогенных отложений достигают иногда десятков метров толщины: так, в старой части Киева толщина их местами превышает 44 м, в Москве — 22, в Лондоне — 25 м.

Многие твердые частицы в процессе промышленной деятельности человека поднимаются в воздух и затем постепенно оседают, образуя пылеватые накопления. Количество сажи и твердых остатков горения особенно велико в районе крупных промышленных центров. Подсчитано, что в Лондоне оно составляет 365 т на 1 км2 в год. Антропогенная пыль может оседать на дне водных бассейнов. В водохранилищах, каналах, созданных человеком, так же, как и в естественных озерах, на дне накапливаются слои своеобразных илов.

Источник