Что такое добыча полезных ископаемых открытым способом?

Экономика многих стран зависит от добычи полезных ископаемых. Это один из главных ресурсов для развития промышленности, строительства и экономики. Есть два основных варианта добычи: использование подземных рудников и разработка открытым способом. Выбор метода зависит от глубины залежей ценной породы, особенности местности и других факторов.

Преимущества карьерной разработки

Работы по извлечению полезных ресурсов из недр Земли имеют тысячелетнюю историю. Оборудование и методы добычи прошли серьезный эволюционный путь. Тем не менее базовые принципы сохранились.

Практически в каждом уголке планеты ведется разработка карьеров. Добывается уголь, металлы, минералы, строительное сырье. Такой вид добычи негативно влияет на окружающую среду и экологическую обстановку. Однако есть целый ряд преимуществ, которые предопределяют популярность открытого способа добычи:

что такое добыча полезных ископаемых открытым способом

Одним из преимуществ карьерной разработки является относительно низкие затраты на организацию и проведения работ

  • упрощенный вариант подготовительных и строительных работ;
  • высокая степень безопасности участников процесса;
  • относительно низкие затраты на организацию и проведение разработки;
  • комфортные условия для рабочих;
  • возможность более эффективного извлечения породы.

Положительные стороны разработки карьеров определены по отношению к другим вариантам добычи (подземный, комбинированный). Трудозатраты для открытого способа добычи довольно высоки. Экономическая выгода падает с углублением котлована. Доставка породы в пункт приема постоянно усложняется, увеличивая затратную часть процедуры.

Технология открытой разработки

Добыча природных ресурсов — процесс, который состоит из множества этапов. Подготовительные работы начинаются с геологоразведки. Специалисты осуществляют поиск залежей ископаемых и оценивают вероятные объемы разрабатываемой породы.

что такое добыча полезных ископаемых открытым способом

Подготовительные работы

После положительных результатов геологической разведки начинается этап первичной подготовки. Горнодобывающие предприятия проводят такие работы:

что такое добыча полезных ископаемых открытым способом

Один из важных подготовительных работ является выкорчевывание леса

  • выкорчевывание леса;
  • осушение или обводнение местности;
  • строительство необходимых коммуникаций (канализация, связь, подъездные дороги);
  • воздвижение административных зданий и других помещений.

Продолжительность подготовительного этапа зависит от денежных вложений, масштаба работы, погодных условий, особенностей местности.

Полезные ископаемые (каменный уголь, металл и т. д.) скрываются под пустой породой. Этот слой грунта необходимо удалить. Для этого проводятся вскрышные работы. Слой за слоем убирается верхний грунт. Идет планомерное продвижение к ценным залежам. В результате образуется каскад уступов, а разработка карьера приближается к фазе непосредственной добычи.

Для вскрышных работ используется такая техника:

  • бульдозер;
  • экскаватор;
  • драглайн (экскаватор с канатной связью);
  • буровзрывная техника.

Эффективность разработки открытым способом определяется соотношением перемещенной пустой породы к результату добычи. Количество кубических метров снятого грунта делится на тоннаж изъятого ископаемого.

Процесс добычи полезных ископаемых

что такое добыча полезных ископаемых открытым способомПосле вскрышных работ проводится непосредственная добыча разрабатываемой породы. Ее изымают из недр и транспортируют на склады или обогатительные комбинаты. Для удешевления этого этапа разработки применяют технику с большой тоннажностью, стараются автоматизировать некоторые процессы.

Транспортировку сырья зачастую возлагают на карьерные самосвалы завода БелАЗ. В 2013 году была выпущена модель, которая способна перевозить грузы весом до 450 тонн. На испытаниях самосвал осилил рекордные 503,5 тонны.

Регулярно разрабатываются новые технологии и оборудование, которое используется для разработки и добычи ценных пород. Уровень безопасности повышается, а некоторые процессы стараются полностью автоматизировать. Но работа в карьерах и рудниках остается сложной и опасной. Условия труда часто экстремальные и предполагают высокую физическую и психологическую устойчивость.

Устройство карьера

Открытый способ добычи подходит для многих ценных пород. Есть меловые карьеры, угольные, янтарные, мраморные, медные. Одна из самых больших открытых площадок для добычи полезных ископаемых находится в штате Юта, США. Разработка карьера Бингем-Каньон началась в 1863 году. Глубина котлована около 1 200 метров. В карьере продолжаются активные работы по добыче руды.

Особенности разработки карьеров зависит от многих факторов. Можно выделить основные элементы, которые характерны для всех таких сооружений:

что такое добыча полезных ископаемых открытым способом

Схема устройства карьера

  • рабочий и нерабочий борт;
  • дно;
  • нижний и верхний контуры;
  • вскрышные и очистные уступы;
  • площадки (ниже откоса, выше откоса);
  • пункт приема породы;
  • транспортные коммуникации.

Дно карьера также часто называют подошвой – это нижняя площадка уступа. Ее размеры учитывают необходимые условия безопасности изымания породы и осуществления погрузки на последнем уровне.

Влияние карьеров на экологическую обстановку

что такое добыча полезных ископаемых открытым способом

Разработка открытым способом пагубно влияет на почву

Каждая разработка карьера — это существенный удар по окружающей среде и экологическому фону местности. Уже на подготовительном этапе добычи породы осуществляются действия, которые разрушают ландшафт. Предприятия вырубают целые леса, осушают водоемы, проводят подрывные работы.

Разработка открытым способом пагубно влияет на почву. Кубометры грунта снимаются ради залежей ископаемых. Нередко это земли, которые могли бы эффективно использоваться в сельскохозяйственных целях. Разработка ценных пород влечет за собой снижение уровня грунтовых вод. Водообеспечение региона и продуктивность почвы падает.

Особую опасность представляют отвалы от вскрышных пород. Масштабы негативного воздействия зависят от глубины карьера и химического состава грунта. Отвалы загрязняют воду, воздух, почву. Различные соли могут проникать в растительность и приводить к повышению риска определенных заболеваний у местного населения.

Добыча в карьерах всегда сопровождается:

  • загрязнением сточных вод;
  • выбросами угарного газа;
  • сильным шумом.

Все это также негативно влияет на окружающую среду.

Мероприятия по восстановлению экологии

Открытый способ добычи полезных ископаемых не отличается щадящим подходом к разрабатываемой местности, но негативные последствия можно несколько нивелировать. Во многих странах компании, которые занимаются разработкой карьеров, обязаны после окончания добычи провести рекультивацию и засадить площадку растительностью. Это позволяет запустить процесс регенерации почвы и экологического фона.

Из отвальных пород добывают строительные материалы

Работу с производственными отходами также можно оптимизировать. Из отвальных пород добывают:

  • минеральные удобрения;
  • глинозем;
  • строительные материалы.

Это позволяет расширить спектр экономической выгоды для добывающей промышленности и снизить масштабы негативного воздействия отвалов на окружающую среду.

Заключение

Добыча полезных ископаемым распространяется по всему миру

Добыча полезных ископаемых открытым способом распространена во всем мире. Этот метод позволяет изымать самые разнообразные породы: медь, мрамор, янтарь, мел, уголь и т. д. Приходится мириться с тем, что разработка карьеров негативно влияет на окружающую среду.

Однако сознательные государства стараются контролировать этот процесс, выставляя определенные требования горнодобывающим предприятиям. Добыча и разработка ценных пород — подспорье для стабильной экономики. Управляющим органам сложно отказаться от внушительного финансового потока, который заложен в недрах страны.

Видео по теме: Разработка глиняного карьера


Наиболее древней, но сохранившей актуальность и по сей день технологией добычи полезных ископаемых является разработка открытым способом. Уже в Древнем Египте знали, что такое карьер, а первые открытые горные выработки известны нам из эпохи палеолита. В античном мире подобная технология применялась для добычи мрамора. Наибольших успехов при этом достигли строители Древней Греции.Вплоть до 20 века этот способ добычи песка, мрамора, камня, угля, мела, известняка и других строительных материалов являлся ведущим в мире. Это связано с отсутствием высокопроизводительной техники для вскрытия верхних слоев литосферы и вынимания непосредственно полезных ископаемых. Актуальность карьеров сохранилась и по сей день, но доля их участия в добывающей промышленности несколько уменьшилась.

Преимущества карьеров

Для того чтобы понять, что такое карьер, необходимо познакомиться с открытым способом добычи полезных ископаемых. Суть этого метода состоит в том, что ресурсы добывают непосредственно с поверхности земли путем вскрытия верхних слоев литосферы. А совокупность горных выработок или предприятий и называется карьером.Разработка карьеров имеет ряд преимуществ по сравнению с получением полезных ископаемых подземным способом:

  1. Высокая степень безопасности.
  2. Более комфортные условия для рабочих.
  3. Простота организации работ.
  4. Короткие сроки возведения сооружения.
  5. Низкое капиталовложение.
  6. Более полное извлечение ресурсов.

Но что такое карьер не позволяет вновь сделать основным местом добычи полезных ископаемых? В качестве основного фактора можно назвать снижение экономической выгоды: чем дольше разрабатывается земная поверхность, тем глубже становится карьер, из-за чего увеличиваются расходы по доставке материала к перерабатывающим предприятиям. На данном этапе развития добывающей промышленности это основной барьер на пути развития открытого способа добычи.

Основные элементы карьера

Проще всего карьер представить в виде конуса, вершина которого погружена в земную поверхность. Внутри такого «конуса» можно заметить спиральные съезды, которые образованы уступами. Основными элементами, которые способны охарактеризовать любой, будь то каменный или песчаный карьер, являются:

  1. Дно карьера – поверхность нижнего уступа, которая именуется также подошвой. Если ведется добыча морфологически сложных и протяженных пород, то дно может иметь ступенчатую структуру.
  2. Глубина карьера – расстояние верхнего среза до самой низкой точки горной разработки. Эта величина может достигать значения в 1000 метров.
  3. Предельная глубина – максимальное расстояние от верхнего края до нижнего контура, при котором добыча ископаемых экономически целесообразна.
  4. Предельный контур – контур карьера на период его закрытия ввиду малой экономической эффективности.

Основной элемент, без которого невозможно представить, что такое карьер, является уступ. Его основные характеристики – высота, угол откоса, размеры верхней и нижней рабочей площадки – зависят от массивности и ценности разрабатываемых пород.

Технология добычи

Добыча полезных ископаемых открытым способом ведется двумя видами работ – вскрышными и добычными. На первом этапе производят «вскрытие» земной поверхности – верхний слой литосферы срезают, выкапывают котлован, открывая тем самым доступ к полезным ископаемым. После приступают непосредственно к добыче ресурсов.По мере выработки слоев «земных богатств» увеличиваются диаметр и глубина карьера, рабочие уступы перемещаются от центра к краям. Получение практически любого вида ресурса предполагает проведение буровзрывных работ. В зависимости от условий местности их доля может составлять 25-30% от себестоимости добываемого материала.

Экономическая эффективность

Разрабатывая мрамор, известняковые породы, создавая любую горную выработку открытого типа, в том числе и песчаный карьер, стремятся сократить издержки. Для этого используют роторные экскаваторы и большегрузный транспорт: в основном автомобили типа БЕЛАЗ, что позволяет снизить затраты на транспортировку.Часто открытый способ добычи подземных ресурсов применяется для получения каменного угля. При этом удается снизить расходы, связанные с доставкой непосредственно к потребителям, что делает его доступным широкой массе населения. К тому же карьерный способ добычи угля является наиболее безопасным, но качество сырья оставляет желать лучшего из-за наличия большого количества примесей.

Влияние карьеров на экологическую обстановку

Разработка карьеров оказывает негативное влияние на экологическую обстановку разрабатываемой территории. Во-первых, полностью уничтожается верхний плодородный слой земли, который впоследствии восстановить нельзя. Во-вторых, существенно изменяются гидрогеологические условия площадки, рельеф местности.

В-третьих, загрязняется территория землеотвода образующимися отходами и сточными водами. Кроме того, нельзя не учитывать шумовое воздействие на окружающую среду, а также выброс большого количества угарного газа. Подобные негативные эффекты наблюдается в то время, когда создается как гранитный карьер, так и любая другая открытая горная выработка.

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. 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:

  • 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

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

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.

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.

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, пьезокерамик 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

См. также

  • Горное дело
  • Горная промышленность
  • Добыча рудного золота — обучающее видео