Искусственные горы образованные при добыче полезных ископаемых

I. Материал урока

Литосфера играет большую роль в жизни человека, ведь это территория, на которой обитают люди, они строят дома и различные сооружения, используют недра Земли, добывая различные полезные ископаемые, которые используются во многих отраслях народного хозяйства и повышения благосостояния человека.
↓ Записать схему в тетрадь

ДОБЫЧА ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ
Бюджет многих стран состоит из добычи полезных ископаемых, которые находятся на их территории. Некоторые страны, такие как Саудовская Аравия, Ирак, Нигерия, в основном живут за счет добычи нефти. Россия занимает одно из первых мест в мире по запасам многих полезных ископаемых. На территории нашей страны имеются почти все виды полезных ископаемых.

Существует несколько способов добычи полезных ископаемых:(↓ Записать схему в тетрадь )

Твёрдые полезные ископаемые добывают открытым способом (карьер) или закрытым способом (шахта).
1. Открытый способ добычи — добыча полезных ископаемых непосредственно с земной поверхности. С помощью экскаваторов снимается верхний слой пустых горных пород. Затем ведётся добыча полезного ископаемого в образовавшемся карьере. Открытый способ дешевле подземного, но ведёт к нарушению природной среды. В карьерах обычно добывают уголь, железные руды, строительные полезные ископаемые (глина, песок и др.).

2. Закрытый способ добычи — подземная добыча полезных ископаемых. Шахты – места добычи полезных ископаемых закрытым способом. Они строятся в тех случаях, когда полезное ископаемое залегает глубоко в недрах Земли (до 1–2 км и более). На поверхность полезное ископаемое поднимают при помощи специальной техники. Подземная добыча более дорогостоящая, но наносит не столь серьёзный ущерб природе.

3. Жидкие полезные ископаемые и природный газ добываются с помощью специально пробуренных скважин.

Ведущее место по запасам нефти принадлежит государствам:
• Венесуэла — 300 млрд баррелей;
• Саудовская Аравия — 266 млрд баррелей;
• Канада — 172 млрд баррелей;
• Иран — 157 млрд баррелей;
• Ирак — 143 млрд баррелей;
• Россия — 80 млрд баррелей (8 место в мире)

Крупными запасами нефти обладают США, Мексика, страны Северной Африки.

Ведущее место по запасам природного газа принадлежит государствам:
• Россия — 47 трлн м³;
• Иран — 34 трлн м³;
• Катар — 24 трлн м³;
• США — 10 трлн м³;
• Саудовская Аравия — 8 трлн м³;
• Туркменистан — 7 трлн м³.

Топливные полезные ископаемые в большом объёме используются для получения электроэнергии на электростанциях. При сжигании топлива выделяется большое количество тепла, которое преобразуют в электрическую энергию. Крупнейшими потребителями топлива являются развитые страны Европы, США и Япония.

СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
Человек интенсивно воздействует на верхнюю часть твердой оболочки Земли. Преимущественно это воздействие приходится на верхний плодородный слой литосферы — почву, благодаря которой человечество удовлетворяет основную часть своих потребностей в продуктах питания. Плодородные земли относятся к условно возобновимым ресурсам, однако время, необходимое для их восстановления, т. е. формирования плодородного слоя, достаточного для сельскохозяйственного использования, может исчисляться сотнями или даже тысячами лет. При нормальных природных условиях 1 см толщины плодородной почвы образуется за 125—400 лет. Процесс значительно ускоряется при оптимальной агротехнике, но даже в этих условиях для создания 1 см плодородного слоя требуется не менее 40 лет.

На нашей планете в качестве пашни обрабатывается около 10% суши. Пашни – сельскохозяйственные угодья, ежегодно обрабатываемые и используемые под посев сельскохозяйственных культур, многолетние травы, плюс пары (вспаханное поле, оставляемое на одно лето незасеянным) и площадь садов и огородов.

В начале нового тысячелетия человечество, вероятно, приблизится к полной реализации всех потенциальных земельных ресурсов. Почти вся площадь, используемая под сельскохозяйственные культуры, освоена с давних времен.

Кроме того, огромные территории используются для организации пастбищ – сельскохозяйственных угодий с травянистой растительностью, систематически используемых для выпаса травоядных животных

ВЛИЯНИЕ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ЧЕЛОВЕКА НА ЛИТОСФЕРУ
Открытые карьеры, шахты и подземные сооружения создают большие пустоты. Они вызывают опускания и обрушения земной поверхности. на месте добычи возникают огромные карьеры – совокупность выемок и ступенчатых ям в земной коре, образованных при добыче полезного ископаемого открытым способом.

При добыче полезных ископаемых и строительных работах из недр Земли извлекается огромная масса горных пород — до 20 т на каждого жителя планеты в год. После переработки ненужную породу ссыпают на поверхность. Так образуются искусственные горы — отвалы и терриконы. Известны случаи взрывов терриконов, ведь они содержат пустую горную породу отработанных шахт – некоторое количество угля и другие горючие породы.

Ветер поднимает над отвалами и терриконами пыль. В состав этой пыли иногда входят ядовитые вещества. Люди, живущие поблизости, часто страдают хроническими заболеваниями.

Крупные плотины и водохранилища, создаваемые при строительстве гидроэлектростанций, также оказывают на поверхность огромное давление. Из-за этих нагрузок увеличивается подвижность земных слоёв, и возникают искусственные землетрясения.

Добыча полезных ископаемых, распашка земель, ненормированный выпас скота и вырубка лесов ведут к тому, что территория становится непригодной для жизни и хозяйственной деятельности человека.

Нарушенные земли нужно восстанавливать. Для этого проводят специальные работы:
(↓ Записать определение в тетрадь )
Рекультивация — комплекс мер по экологическому и экономическому восстановлению земель и водных ресурсов, плодородие которых в результате человеческой деятельности существенно снизилось.

Эти работы включают в себя восстановление растительности, почв и рельефа (засыпка карьеров, уничтожение отвалов горных пород). Укрепление склонов и берегов водоёмов, посадка на них деревьев и создание ограждений помогают бороться с эрозией.

Для облагораживания территории терриконов проводят озеленение и облесение, рассаживая деревья на терриконах в большом количестве с целью остановить воздействие от разрушения под факторами погодных условий, создают пастбища и горнолыжные спуски.

Человек, который хочет сберечь для будущих поколений природный рельеф, а также противостоять грозным силам литосферы, должен изучать каменную оболочку Земли и разумно пользоваться богатствами её недр.

II. Основные понятия и термины урока

• Виды использования человеком ресурсов литосферы;
• Способы добычи полезных ископаемых (вспомнить понятия”полезные ископаемые, горючие (топливные), рудные, нерудные”);
• Терриконы, карьеры;
• Пашни, пастбища;
• Рекультивация.

III. Домашнее задание

1. § 27, стр.90-92 – читать, пересказывать, знать основные термины и понятия урока.
2. Выполнить работу в контурных картах: задания 1-4 (стр.10-11 контурных карт), пользуясь указаниями к работе:
• Все надписи в карте производить простым карандашом или цветными карандашами!
• Внимательно изучите “Условные обозначения”- как обозначаются зоны землетрясений, высокие точки рельефа суши и океана, вулканы.
• Для нанесения зон землетрясений можно использовать карту в учебнике на стр. 76 или карту в Атласе на стр. 22-23
• Названия горных систем (в 1 задании под буквами) и названия островов и полуостровов (4 задание) записываете в легенду карты (стр.11, справа от карты)

3. У кого нет контурных карт на руках – выполнить тест, пройдя по ссылке.

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.

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 о?