Что добывают в шахтах какие полезные ископаемые
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»). При 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. Например, 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.
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: https://proteh.org/
Рудником принято называть предприятие по добыче полезных ископаемых. Как ясно из названия, это касается в первую очередь добычи руды, но со времени появления термина «рудник» положение несколько изменилось, и сейчас на подобных предприятиях добывают не только руды различных металлов. Что добывают в рудниках сегодня? Кроме сырья для черной и цветной металлургии, это:
- соль;
- асбест;
- алмазы;
- уголь;
- некоторые другие, реже встречающиеся полезные ископаемые.
Понятие «рудник» сейчас толкуется гораздо шире, чем сто-двести лет назад. Так уж исторически сложилось, что угледобывающая промышленность получила собственную терминологию: предприятия, осуществляющие добычу открытым способом, называются разрезами, а те, где применяется закрытый способ, – шахтами. Причислять ли шахты к рудникам – вопрос схоластический, коль уж мы решили, что на последних добываются не только руды металлов, но и другие полезные ископаемые. Интересно, что в Российской империи угольные шахты назывались копями, и этот термин даже дал имя целому городу – Копейску Челябинской области, возникшему на месте бывшего поселка Челябинские угольные копи.
Виды рудников по способам добычи
В представлении человека, не знакомого с горнодобывающей промышленностью, слово «рудник» часто ассоциируется с чумазыми рудокопами, вооруженными кайлом и фонарем типа «летучая мышь». Но данный стереотип, конечно же, не имеет ничего общего с реальностью. Мало того что охрана труда и техническая оснащенность на подобных предприятиях всегда на высоте, так ведь еще рудник совсем не обязательно является шахтой, в которой добыча ведется под землей. В широком смысле рудник – это горнодобывающее предприятие, которое может быть как подземным (шахта), так и открытым (карьер, разрез).
В каких же случаях предпочтителен тот или иной способ? У каждого из них есть как преимущества, так и недостатки. При закрытом способе добычи ландшафт местности страдает относительно немного: фактически площадь занимают только отвал пустой породы и ствол с сопутствующим оборудованием для спуска рабочих под землю и выдачи «на-гора» предмета добычи. Главным недостатком является опасность для жизни и здоровья рабочих.
Они, как правило, подвержены целому букету профессиональных заболеваний, к которым в первую очередь относятся силикозы, асбестозы, рак легких и другие недуги органов дыхания. Кроме того, в подземных выработках даже сейчас нередки обвалы и взрывы. Особенно проблемны в этом отношении угольные шахты, в которых часто присутствует метан. В связи с этим везде, где возможно, используется открытый способ добычи полезных ископаемых – это общемировая тенденция.
Преимущества открытых горнодобывающих предприятий – небольшая травмоопасность и более низкая в сравнении с закрытыми рудниками подверженность рабочих профессиональным заболеваниям. Преимуществом является и менее высокая себестоимость продукции, ведь добытые материалы вывозятся на поверхность не с помощью подъемников, как в шахтах, а более экономичными способами – карьерными самосвалами или даже железнодорожными составами. Главный недостаток – необходимость отвода под такие предприятия значительных площадей, которые в этом случае невозможно использовать более рационально. Понятно, что при определении способа добычи большое значение, кроме соображений безопасности, имеет глубина залегания полезного ископаемого.
к содержанию ↑
Сопутствующие производства
Поднять добытое на поверхность – это полдела. Практически на всех горнодобывающих предприятиях есть обогатительные фабрики, которые доводят продукцию до состояния, в котором она становится пригодной для последующей переработки. Это в первую очередь удаление пустой породы. Кроме того, на нерудных предприятиях применяется сортировка по размерам. Например, добытый в карьере камень на так называемых грохотах разделяется на щебень разных фракций в зависимости от размеров зерен. Эта же процедура используется на угледобывающих предприятиях.
Что касается производства непосредственно руды для металлургической промышленности, то там необходимости в данной операции нет, достаточно лишь удаления минералов, не содержащих металла. Особое место занимают золотые рудники. При подъеме золотосодержащей породы она дробится, и золото отделяется путем промывания водой – металл, как значительно более тяжелый, оседает, а песок и мелкие камни уносятся потоком.
к содержанию ↑
Самые опасные рудники
По широко распространенному мнению, самое негативное воздействие на человека оказывает работа на урановых рудниках – якобы при этом происходит облучение организма. Но содержание урана в руде настолько невелико, что радиационный фон не превышает критического значения. Куда большее значение имеет взвешенная в воздухе пыль, которая и становится причиной появления профессиональных легочных заболеваний. В связи с этим все работники горнодобывающих предприятий, занятые непосредственно на производстве (как закрытым, так и открытым способом), выходят на пенсию в 50 лет, имея не меньше 10-летнего срока вредного стажа.
В прошлом, когда представления об охране труда подземных рабочих отсутствовали, самой вредной считалась добыча асбеста. Этот минерал представляет собой тонковолокнистый силикат, и взвешенные в воздухе кусочки волокон, попадая в органы дыхания, вонзаются в бронхи и легкие, становясь причиной возникновения целого ряда заболеваний, в том числе рака легких. По свидетельству средневековых хронистов, такие рабочие нередко умирали спустя год после начала работы на руднике. Для сравнения вспомним практику уральских заводчиков Демидовых, которые порой годами не поднимали провинившихся рабочих из рудников и каменоломен на поверхность, однако те иногда и в этом случае умудрялись совершать побег и впоследствии чувствовали себя сравнительно сносно.
к содержанию ↑
Самый древний рудник
Угадайте, где находится самый древний рудник в мире? Это не Европа и не многовековые цивилизации Южной Азии, Северной Африки или обеих Америк. Для большинства будет шоком, что самый старый рудник на свете расположен на территории государства Свазиленд в Южной Африке. Сильнее, чем территория нахождения, шокирует хронология первого горнодобывающего предприятия на Земле: его определенный радиоуглеродным методом возраст составляет от 41 до 43 тысяч лет! И это при том, что первое объединенное государство – Египет – появилось около 5 тысяч лет назад, а шумерские города – на 100-200 лет раньше.
Рудник этот сегодня называется Нгвеня, и ранее в нем добывали содержащий железо минерал гематит. Понятно, что ни о какой выплавке металла в то время говорить не приходилось. Гематит служил для получения красной охры, которая использовалась для выполнения ритуальных рисунков и в косметических целях: древние модницы раскрашивали ею свои лица. Интересно, что это месторождение не выработано и по сей день: свазилендская компания SIODC добывает там не только железную руду, но и драгоценные металлы – золото и серебро.