Полезное ископаемое добываемое в шахтах и карьерах
Добыча полезных ископаемых — угля, металлов, минералов, львиной доли строительного сырья, ведётся не только в шахтах или каменоломнях, а и в открытых горных выработках — карьерах или разрезах. Открытая добыча, самый древний способ получения ископаемых ресурсов, остаётся максимально востребованной и в наше время. Благодаря карьерам создаются мощнейшие машины и оборудование, внедряются новейшие технологии и методы добычи.
Что такое карьер?
Горные выработки, предназначенные для добычи полезных ископаемых открытым способом, с поверхности грунта и постепенным углублением по площади в процессе работы, называются карьерами. Таким образом извлекаются полезные ископаемые из рудных, нерудных, а также россыпных месторождений. В случаях, когда речь идёт об освоении россыпных и угольных пластов, карьеры называются разрезами. Структура карьера обычно имеет ступенчатую форму, при этом верхние слои состоят в основном из вскрышной породы, а на нижних осуществляется добыча.
Бингем-Каньон, штат Юта, США
Размеры карьеров по вертикали обычно определяются, исходя из рентабельности производственных процессов, растущих пропорционально глубине работ. Целесообразность увеличения глубины карьера теряется после достижения отметки в пределах от десятков до полутысячи метров, в зависимости от конкретных геологических и технических условий. Тем не менее, есть и рекордно глубокие разрезы — например, Бингем-Каньон (Юта, США) — более километра.
Немного истории горного дела
Открытые горные работы человек вёл ещё в глубокой древности. Появление первых примитивных горнопроходческих инструментов датируется 6-м тысячелетием до нашей эры. Таким способом извлекались полиметаллические руды с целью получения бронзы в 4-м тысячелетии до нашей эры в Северной Эфиопии, на Кавказе, Синайском полуострове и в Индии. Железо начали добывать в карьерах со 2-го тысячелетия до нашей эры в Южной Европе и ближневосточных странах.
Первые большие карьеры появились во время строительства пирамид в Древнем Египте, в античный период на открытой местности добывался мрамор. В средние века центрами открытой добычи цветных металлов являлись территории современных Испании, Италии и российского Урала. Разработка россыпных месторождений карьерным способом набрала популярность на Урале и в Сибири с 18-го века. Только с появлением полноценной карьерной техники и налаживания основных процессов производства — выемки, погрузки, транспортировки и образования отвалов — наметился значительный прогресс в отрасли.
Бакальский рудник, Челябинская область (Южный Урал), начало ХХ века
Уже в конце 19-го века на карьерах стали использоваться экскаваторы. Открытая разработка месторождения начала бурно развиваться в начале двадцатого века, особенно в США и Германии. Тем не менее, в России преобладал ручной труд (к примеру — использование в роли транспорта примитивных средств — тачек), работы были лишь частично механизированы. Первые крупные карьеры для добычи угля, цветных и чёрных металлов, были обустроены в СССР с 1928 по 1941 годы.
Электровоз IVКП1 с думпкаром ВС-50 на разгрузке, разрез «Коркинский», 1959 год
Во время Второй мировой войны объёмы добычи в советском государстве значительно выросли. В послевоенную эпоху началась механизация добычи, переход на унифицированную и более мощную технику. Совершенствовались и методики проведения взрывных работ. От средневекового пороха горняки в 20-х годах перешли к аммоналу, в 30-х — к динамону, в военное время использовался оксиликвит, после — игданит. В послевоенный период восстановления экономики расширились масштабы механизации процессов на карьерах, было унифицировано экскаваторное и транспортное оборудование.
Открытая разработка: эффективность и принципы
Благодаря открытой разработке месторождений удовлетворяется 65% от объёма мирового потребления сырья как рудного, так и нерудного происхождения, а также 35% топлива твёрдого типа. Около 90% бурых и 20–30% каменных углей также извлекаются в разрезах, 75% железных руд и порядка 80% руд цветных металлов, 90% других ископаемых и строительных материалов добываются в карьерах. В России до 93% руд как чёрных, так и цветных металлов, 66% угля и практически 100% строительных материалов получают в карьерах. Наиболее широко распространена карьерная добыча в таких странах, как США, Китай, Австралия, Канада, ряд государств Европы.
Высокая степень популярности открытой добычи заключается прежде всего в её экономической эффективности. В сравнении с шахтным способом добычи, извлечение полезных ископаемых в карьерах в три раза дешевле для угольных и в два раза — для рудных месторождений. Разработка месторождений карьерным способом не требует обустройства шахт или прокладывания тоннелей. При этом производительность труда в карьерах выше в два–три раза, а объём потерь полезных ископаемых в пять раз меньше.
Добыча угля открытым способом в Хантер-Вэлли, Австралия
С задействованием мощного оборудования, как горного, так и транспортного, при высокой степени автоматизации и применения современных информационных технологий возможно рентабельное освоение залежей с низким содержанием металлов в руде. Нормальное соотношение объёма извлекаемой руды (вскрыши) к одному кубометру полезных ископаемых составляет от 4 до 25 кубометров. При превышении последнего значения, называемого коэффициентом вскрыши, карьер становится нерентабельным.
Существуют разные виды открытой разработки месторождений в зависимости от ряда её параметров и применяемых технологий. Тем не менее, разным типам освоения залежей в карьерах присуща идентичная общая схема работ. Слои пустых пород разделяются на уступы, которые снимаются сверху вниз, при этом верхние слои опережают нижние. Выработанное пространство увеличивается по мере перемещения рабочих уступов. В целом технологические процессы предусматривают отделение горных пород от полезных ископаемых, погрузку и вывоз горной массы, размещение пустой породы в отвалах. Давайте рассмотрим этапы открытой разработки месторождении более подробно.
Пронедра писали ранее, что освоению месторождения всегда предшествует геологоразведка. В этом плане карьерная добыча — не исключение. Уже после утверждения и запуска проекта проводятся подготовительные работы. Они включают первичную подготовку поверхности, в том числе рубку и корчевание леса, обводнение или осушение местности, строительство складских, административных и производственных объектов, коммуникаций, водопроводных и канализационных сетей. Трудоёмкость процесса повышается, если местность является сложной в топографическом аспекте, или же освоение участка производится в условиях сурового климата, высокой степени обводнённости.
После подготовки осуществляются горно-капитальные работы и вскрытие месторождения. На данном этапе обустраиваются структурные компоненты карьера — внутренние и внешние траншеи, монтируется горное, технологическое и транспортное оборудование. Вскрышные работы — отделение породы, мешающей извлечь полезные ископаемые, путём механического рыхления или с применением взрывчатки. Особенностью работы с вскрышными породами является постоянное перемещение забоев и пунктов разгрузки на отвалах. Добычные работы, как это понятно из их названия, включают выемку полезных ископаемых, их транспортировку и отгрузку на склады или на обогатительные комбинаты.
Взврывные работы в угольном разрезе
В связи с вышесказанным, становится очевидно, что разработка карьера связана с перемещением большого количества грунтов и пород, нарушением естественного ландшафта и вмешательством в естественный баланс местной экосистемы. По мнению экспертов в области экологии, карьер несёт лишь негативные последствия для окружающей среды, поскольку при его обустройстве повреждается почвенный покров и уничтожаются лесные массивы, изменяется картина движения подземных вод. Непосредственно работа техники в карьере приводит к выбросу большого количества пыли, оседающей в лесах поблизости.
В связи с тяжёлыми последствиями разработки карьеров для живой природы после окончания эксплуатации месторождений на отвалы пустой породы в обязательном порядке наносится почвенный слой, а выработанное пространство облагораживается. Карьеры, отработавшие свой срок, затапливаются или рекультивируются. Если же карьер просто брошен, то он постепенно осыпается и покрывается растительностью. Во многих странах мира владельцы горнодобывающих предприятий обязаны восстановить состояние почвы и высадить растения на месте старого карьера.
Рекультивация угольного разреза
Технологии добычи
Добыча полезных ископаемых открытым способом ведётся с применением разных подходов и технологий. В связи с этим классификация добычных работ осуществляется в зависимости от основных факторов, которые влияют на выбор того или иного производственного процесса.
В зависимости от положения и формы залежей относительно поверхности земли различают такие методы разработки месторождений, как:
- поверхностный, предусматривающий полное освоение участка и обработку максимального объёма как полезных ископаемых, так и вскрышных пород. При этом последние размещаются в отработанном пространстве карьера;
- глубинный, при котором вскрышные породы извлекаются в нисходящем порядке слоями;
- нагорный — вскрышные породы и полезные ископаемые перемещаются сверху вниз, до более глубинных отметок;
- нагорно-глубинный метод применяется как вариант нагорного при достаточно сложном рельефе;
- метод подводной добычи — при расположении залежи и её кровли под водой.
По критерию положения рабочей зоны, а также перемещения фронта работ:
- сплошной метод — руда добывается в залежах горизонтального или полого-падающего типа, при этом пустая порода размещается как в выработанном пространстве, так и за пределами карьера;
- углубочный метод: освоение крутых и наклонных залежей с размещением вскрыши во внешних отвалах;
- смешанный, включающий в разной степени углубочный и сплошной методы, используется при добыче полезных ископаемых в сложных горных, геологических и топографических условиях.
Соответственно применяемым видам горного и транспортного оборудования:
- цикличная технология — процессы выемки и транспортировки руды проходят с паузами, что связано с особенностями применения конкретной техники;
- циклично-поточная технология — применяются механизмы непрерывного и цикличного действия. При этом выемка породы осуществляется машинами цикличного принципа работы — одноковшовыми экскаваторами, а также погрузчиками, а транспортировка — непрерывно работающими устройствами, в том числе конвейерами и автоматическими сортировочными установками;
- поточная технология предполагает использование по большей части горных и транспортных машин с непрерывным принципом действия, к примеру, гидромеханических устройств, ленточных конвейеров, многоковшовых экскаваторов. Если для цикличной и циклично-поточно технологий характерно автоматизированное управление отдельными процессами, то для поточной задействуются автоматизированные системы управления.
Карьерные машины
Любой современный карьер представляет собой предприятие с высокой степенью механизации. На месторождениях работают высокопроизводительные машины, предназначенные для выемки, дробления, перевозки и складирования породы и полезных ископаемых. Данные процессы производятся как разными горными машинами, так и комплексными агрегатами, которые выполняют сразу несколько функций.
Выбор конкретных машин зависит от целого ряда условий, в том числе от степени крепости пород, формы пластов полезных ископаемых, геологических условий, рельефа и даже климата. Кроме того, выбор техники обусловливается системой разработки месторождения и режимом проведения горных работ. Не в последнюю очередь свою роль играют капитальные затраты, прибыль и производительность труда.
С целью повышения эффективности освоения месторождений в карьерах внедряется комплексная механизация, условием которой является неразрывность коммуникаций — от точки забоя до пунктов разгрузки руды. Кроме того, машины, задействованные на бурении, выемке и погрузке, отвалах и вспомогательных задачах, при этом должны соответствовать друг другу по показателям производительности и мощности.
Бурение пластов угля перед рыхлением
Рассмотрим применение некоторых машин, на современном этапе развития отрасли. Так, для бурения взрывных скважин используются буровые станки массой до 130 тонн. Основные типы взрывчатки — это аммиачно-селитренные бестротиловые гранулиты и граммониты, а также водонаполненные компоненты для скважин с обводнением. Разрыхление осуществляется рыхлителями с мощностью до 735 кВт. К вскрышным работам привлекаются драглайны и механизированные лопаты с вместимостью ковша порядка полутора сотен кубометров.
Экскаватор-мехлопата
Примечательно, что выбор конкретной техники обусловлен в том числе и национальными традициями отрасли. Если в США операторы угольных разрезов отдают предпочтение большим экскаваторам, то для германской школы характерно использование транспортно-отвальных комплексов. В большинстве случаев в качестве техники для выемки и погрузки породы во всём мире используются экскаваторы, прямые мехлопаты и погрузчики шарнирно-сочленённого типа.
Экскаватор драглайн
Особенностью поточной технологии открытой разработки месторождений является повсеместное использование роторных экскаваторов и самоходных дробилок. Масса последних может достигать 600 тонн. Применение дробильных агрегатов, как мобильных, так и стационарных, размещаемых в разгрузочно-приёмных пунктах, позволяет операторам шире использовать конвейерные системы. Основной же транспортной единицей в карьерах по-прежнему являются самосвалы. Преобладающее количество таких машин имеет грузоподъёмность до 155 тонн, в меньшей степени в открытой разработке месторождений участвуют гиганты (200–300 тонн). Кроме того, активно применяются железнодорожные 360-тонные агрегаты, думпкары с грузоподъёмностью порядка 180 тонн.
Карьерный самосвал БелАЗ
Напомним, среди карьерных машин есть настоящие колоссы, мировые рекордсмены по габаритам и мощности среди экскаваторов, погрузчиков и самосвалов. Понятно, что задействование большого количества дорогих и мощных машин, колоссальные объёмы работ предопределяют не только то, что карьерная добыча предельно эффективна, но и то, что она является достаточно затратным процессом.
Роторный комплекс SRs(K)-4000
К примеру, для карьеров глубиной до ста метров с крепкими породами треть себестоимости кубометра вскрыши занимают взрывные и бурильные работы, около 15% — экскавация, ещё 40% — транспортировка. По мере углубления карьера транспортные расходы могут вырасти до 70%. Кроме того, 15% себестоимости — это строительство карьера. Непосредственно при его обустройстве 40% расходов приходятся на горные работы, ещё 30% — на закупку оборудования. В настоящее время срок окупаемости карьеров составляет минимум семь лет. В то же время, большие расходы и трудоёмкость производственного процесса не являются препятствиями для инвесторов, свидетельством чего служат колоссальные объёмы добычи и масштабы освоения месторождений открытым способом во всём мире.
Источник: пронедра.ру
Источник
Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 15 сентября 2018;
проверки требуют 17 правок.
У этого термина существуют и другие значения, см. Шахта (значения).
Ша́хта (от нем. Schacht) — промышленное предприятие, осуществляющее добычу полезных ископаемых с помощью системы подземных горных выработок[1].
Описание[править | править код]
Угольная шахта в разрезе: 1 — штреки; 2 — угольный пласт; 3 — бремсберг; 4 — ходки; 5 — надшахтные здания стволов; 6 — административно-бытовой комбинат; 7 — склад; 8 — ; 9 — террикон.
Традиционно шахтой называется предприятие по подземной добыче каменного угля или горючих сланцев, в России существуют шахты для подземной добычи тяжёлой нефти (Ярега). При добыче подземным способом руды шахту называют рудни́к (в шахтёрских регионах распространено произношение с ударением на первый слог — ру́́дник).
Шахта включает наземные сооружения: копры, надшахтные здания, главные вентиляторные установки, дробильно-сортировочные фабрики, склады и совокупность подземных горных выработок, предназначенных для разработки месторождения в пределах шахтного поля.
Шахта — механизированное и автоматизированное предприятие, оснащенное производительными машинами и механизмами для добычи и транспортировки полезного ископаемого, проведения горных выработок, водоотлива и вентиляции. Срок службы шахт, отрабатывающих мощные месторождения, достигает 50—70 лет и более.
Глубина отдельных шахт по добыче золота и алмазов достигает 4 километров.
Для проветривания шахт и снижения запылённости используется вентиляция[2].
В равнинной местности чаще всего вскрытие производится вертикальными стволами, реже — наклонными, от которых на разных горизонтах (этажах) проводятся квершлаги до встречи с залежью ископаемого. В гористой местности основные вскрывающие выработки — штольни. Иногда неосведомленные люди ствол или штольню называют собственно шахтой.
После выработки больших объёмов породы, существует опасность оседания, провалов почвы и грунта в данном районе. Этот процесс часто бывает внезапным, его трудно предсказывать.
Интересные факты[править | править код]
Самые глубокие шахты мира находятся в ЮАР:
- «Мпоненг» — глубина около 4000 м.
- «Тау-Тона» (англ.)русск., «Витватерсранд» — глубина около 3900 м[3].
Шахтёрам приходится работать в экстремальных условиях. Жара доходит до 60 °C, и на такой глубине постоянно существует опасность прорыва воды и взрывов. В этих шахтах добывают золото.
Самые глубокие шахты СНГ
- Россия:
- рудник «Скалистый» (Норильск) (проектная глубина достигнута в сентябре 2018 года: 2056 м[4]; самый глубокий рудник Евразии[5])
- шахта «Черёмуховская-Глубокая» (Североуральск) (в эксплуатации с апреля 2015 года, глубина 1550 м[6])
- рудник «Таймырский» (Норильск) (в эксплуатации с 1982 года, глубина 1532 м[7])
- «Гайский ГОК» (Гай) (в июле 2019 года завершён монтаж подъёмного оборудования, предназначенного для выдачи горной массы с отметки 1310 м[8])
- шахта «Ново-Кальинская» (Североуральск) (в эксплуатации с июля 2005 года, скиповой ствол 1198 м, вспомогательный ствол 1243 м[9])
- шахта «Комсомольская» (Воркута) (самая глубокая угольная шахта России, 1100 м[10][11])
- Украина:
- «Гвардейская» (Кривой Рог) (на 2012 год шахтостроители 5 участка ОКСа вели работы по углублению шахтного ствола на отметке 1615 метра)
- «Родина» (Кривой Рог) (на 2010 год шахтостроители 26 участка ОКСа вели работы по углублению шахтного ствола на отметке 1522 метра)
- «Шахтёрская — Глубокая» (укр.)русск. (Шахтёрск) (1410 м[12][13])
- им. А. А. Скочинского (Донецк) (1350 м[14])
- им. В. М. Бажанова (укр.)русск. (Макеевка) (1322 м[15])
- «Прогресс» (Чистяково, бывш. Торез) (1300 м)
- «Капитальная» (укр.)русск. «Капитальная» (Мирноград, бывш. Димитров) (1240 м)
Самые крупные шахты
- Беларусь: 4РУ ОАО «Беларуськалий» (г. Солигорск, проектная мощность более 16 млн тонн/год).
- Россия: «Распадская» (фактическая добыча 8 млн тонн в год).
- Украина: «Гигант-Глубокая» (проектная мощность 7,4 млн тонн в год), «Красноармейская-Западная № 1» (проектная мощность 2,2 млн тонн в год, фактическая — свыше 6 млн тонн в год).
Самые старые шахты мира
- Самой старой шахтой считается рудник Нгвеня (англ. Ngwenya Mine), расположенный вблизи от северо-западной границы Свазиленда.
Самые интересные шахты-музеи
- соляная шахта «Величка» (Краков, Польша)
- угольная шахта «Гвидо»[pl] с тремя уровнями для посетителей музея: 170, 320, 355 метров[16] (Забже, Польша)
В геральдике[править | править код]
Рудокопная шахта — негеральдическая фигура, символизирующая отношение к горнодобывающей промышленности. Изображается в виде положенного в сруб колодца с воротом. Используется в гербах Екатеринбурга 1783 и 1998 годов утверждения.
См. также[править | править код]
- Шахты
- Шахтёр
Примечания[править | править код]
- ↑ Шахта // [www.mining-enc.ru/sh/shaxta Горная энциклопедия] / Гл. редактор Е.А. Козловский. — М.: Советская энциклопедия, 1986.
- ↑ Jay F. Colinet, James P. Rider, Jeffrey M. Listak, John A. Organiscak, and Anita L. Wolfe. Best Practices for Dust Control in Coal Mining. — National Institute for Occupational Safety and Health. — Pittsburgh, PA; Spokane, WA: DHHS (NIOSH) Publication No. 2010-110, 2010. — 84 p. Есть перевод: Лучшие способы снижения запылённости в угольных шахтах. NIOSH 2010г
- ↑ https://www.mining-technology.com/projects/tautona_goldmine/
- ↑ https://www.nornickel.ru/news-and-media/press-releases-and-news/rudnik-skalistyy-vyshel-na-proektnuyu-otmetku-minus-2056-m/?type=news
- ↑ https://www.norilsk-zv.ru/articles/samaya_glubokaya_v_evrazii.html
- ↑ https://rusal.ru/press-center/press-releases/9505/
- ↑ https://my.krskstate.ru/docs/raw_materials/rudnik-taymyrskiy/
- ↑ https://www.metalinfo.ru/ru/news/110267
- ↑ https://uralmines.ru/subr-shahta-novo-kalinskaya/
- ↑ https://vorkutaugol.ru/rus/about/structure/document1024.phtml
- ↑ https://miningwiki.ru/wiki/%D0%A8%D0%B0%D1%85%D1%82%D0%B0_%C2%AB%D0%9A%D0%BE%D0%BC%D1%81%D0%BE%D0%BC%D0%BE%D0%BB%D1%8C%D1%81%D0%BA%D0%B0%D1%8F%C2%BB_(%D0%92%D0%BE%D1%80%D0%BA%D1%83%D1%82%D0%B0)
- ↑ Ряд источников дают максимальную глубину 1326 м, 1354 м, или даже 1546 м
- ↑ https://shahtarsk.org.ua/_economy/Plan_innov_rozvut_2008-2012.pdf (недоступная ссылка)
- ↑ https://euro.gazeta.ru/articles/2012/06/a_4650229.shtml
- ↑ https://makrab.news/?m_ob=STO&m_id=243
- ↑ Kopalnia Guido. Zabytkowa Kopalnia Węgla Kamiennego. Дата обращения 10 мая 2016.
Ссылки[править | править код]
- Список угольных шахт и разрезов России.
- Шахта добычи рудного золота.
Источник