Какое полезное ископаемое добывают при помощи буровых установок добывают

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/

Каменный уголь – это порода органического происхождения, залегающая пластами. Интенсивная добыча этого полезного ископаемого началась в XVIII веке и достигла своего пика в 70-х годах прошлого столетия. Сейчас интерес к углю как к топливному ресурсу возрастает, совершенствуются методы выработки. При добыче полезного ископаемого начинают обращать особое внимание на защиту и охрану окружающей среды.

В этой статье мы подробно расскажем, где добывают каменный уголь и при каких условиях. Мы опишем разные методы добычи угля и их основные особенности.

В этой статье мы расскажем о добыче каменного угля

Где добывают каменный уголь

Каменный уголь залегает под землей неоднородно.

В геологии для определения типа залежей используют следующие понятия:

• Угольный бассейн
• Угольное месторождение
• Угольный пласт

О том, что это и чем они отличаются друг от друга, вы можете прочитать в нашей статье на Дзене. Дальше мы коротко расскажем, как находят запасы угля и когда начинают выработку месторождений.

Поиск, разведка и оценка месторождений

Перед началом добычи угля проводится поиск, разведка и оценка месторождений. За большинство этапов отвечает геологическая служба. К работам подключаются геодезисты и технологи.

Поиск месторождений проводится по косвенным признакам. Уголь залегает только под породами осадочного происхождения. В некоторых местах на поверхности грунта встречаются обугленные остатки растений. В утесах, по берегам рек видны тонкие прожилки темной породы. Специалисты оценивают также другие признаки – характер растительности, особенности грунта и рельефа.

Геологи ищут месторождения угля по разным признакам, в том числе внешним

После того, как угольные залежи выявлены, проводится разведка. Ее цель – определить мощность, глубину залегания, расположение пластов и количество полезного ископаемого. Во время разведки также оценивают рельеф местности, чтобы спланировать разработку карьеров или шахт.

Для изучения пластов в земле роют:

• Канавы
  Метод подходит для поверхностных залежей с небольшими наносами горной породы и грунта.
• Дудки
  Это колодцы глубиной 5-10 м, которые используются при поверхностном расположении пластов с более мощными наносами породы.
• Шурф
  Это глубокий вертикальный или наклонный колодец с глубиной более 10 м.
• Штольня
  Она представляет собой горизонтальный или с легким наклоном тоннель, который соединяется с поверхностью земли.
• Квершлаг
  Это горизонтальный или наклонный колодец внутри шахты, без выхода на поверхность.
• Буровые скважины
  Они применяются для глубоких залежей, при большом количестве пластов.

В каждом пласте на разных уровнях берут пробы угля, определяют его вид и марку, петрографический состав, зольность, теплоту сгорания и другие характеристики. Подробнее о них вы можете прочитать в нашей статье Свойства угля.

Во время разведки также оценивают уровень и объем грунтовых вод, выявляют возможные залежи метана и других сопутствующих газов. После этого проводят анализ экономической эффективности, вычисляют, сколько угля можно получить из месторождения и какие затраты это понесет. Выработку начинают только при положительном балансе. Обязательно учитывают факторы экологии и безопасности рабочих.

В процессе поиска и разведки в земле роют специальные углубления

Этот образец бурого угля был обнаружен во время геологической разведки

Какие способы добычи угля бывают, вы узнаете в продолжении статьи.

Способы добычи угля

После разведки месторождения и оценки его ресурсов принимают решение о методе добычи угля. Он во многом влияет на рентабельность промышленной разработки. Чаще всего способ извлечения полезного ископаемого зависит от глубины его залегания.

Различают:

• Открытый метод
• Закрытый метод

Дальше мы коротко расскажем о каждом способе добычи угля. Детальнее о них вы сможете прочитать в отдельных статьях (ссылки на них будут ниже).

Открытый метод добычи угля подразумевает работу на поверхности земли

Для добычи угля закрытым методом необходимо оборудовать подземные шахты

Открытый метод

Открытый способ добычи угля применяется в тех случаях, если глубина залежи не превышает 500 м. Это самый рентабельный метод. Он позволяет извлечь в 3 раза больше породы, чем при закрытом способе. Оборудование открытых карьеров обходится приблизительно в 1,5 раза дешевле, чем закрытых шахт. Пространство в этом случае не ограничено, есть возможность использовать тяжелую технику, что увеличивает производительность труда. К тому же, на поверхности работать гораздо безопаснее.

Открытая добыча угля ведется в разрезах. Над пластами угля снимают вскрышную породу, затем проводят выемку полезного ископаемого, постепенно углубляя разрез. Когда месторождение исчерпывается, карьер засыпают и проводят рекультивацию.

Открытым способом уголь добывают в разрезах

По разным данным, в мире от 40% до 55% разработок ведется именно таким методом. В Австралии около 80% угля добывается в открытых карьерах, в США – около 40%. В России таким способом получают более 65% продукции. Один из первых разрезов в нашей стране (Бачатский) начал разрабатываться в 1948 году на Кузбассе. В этом бассейне большая часть угля добывается открытым способом. Самый крупный на сегодняшний день – Бородинский разрез в Краснодарском крае (Тунгусский угольный бассейн).

Открытая добыча угля состоит из нескольких этапов:

1. Удаления вскрышных пород с поверхности месторождения – для этого используют тяжелую землеройную технику. Плотные породы разрыхляют взрывчатыми веществами.
2. Разрыхления угольного пласта – здесь используют глубокое бурение, взрывы.
3. Извлечения породы, погрузки на транспорт и перевозки на обогатительные заводы.

Карьер для добычи каменного угля называется разрезом. Уголь извлекают ступенями или полосами, в зависимости от рельефа местности и мощности пластов. После завершения работ вскрышные породы возвращают обратно в карьер и проводят рекультивацию земель.

Детальнее об этом методе вы можете прочитать в нашей статье Добыча угля открытым способом.

Добыча угля открытым методом ведется при помощи специальной наземной техники

Закрытый метод

Закрытый метод добычи угля предусматривает оборудование подземных шахт и штолен. Верхний слой породы при этом остается практически нетронутым.

Его используют в следующих ситуациях:

• При залегании пластов на глубине больше 500 м
• При залегании пластов на глубине больше 100 м, когда особенности рельефа или вскрышной породы не позволяют вести открытую добычу

Штольня – это тоннель в угольной залежи, который имеет выход на поверхность. Он оборудуется, когда уголь залегает на глубине от 100 м до 600 м в горной местности. Пласты должны быть пологими или спускаться под углом не больше 45°. В штольне прокладываются рельсы для вагонеток и транспортировки угля. В них могут работать современные комбайны. Такой метод добычи полезного ископаемого сейчас применяется довольно редко.

Шахта – это сложный комплекс подземных и надземных коммуникаций. Она состоит из вертикального главного ствола, по которому транспортируется уголь. От него отходят горизонтальные или наклонные стволы вглубь угольной породы. В шахте обязательно должно быть проведено электричество, оборудована вентиляция, система откачки воды. Через многочисленные проходы прокладывают рельсы для транспортировки сырья. Оно поднимается на поверхность и складируется.

В шахте добыча полезных ископаемых осуществляется с помощью системы подземных горных выработок

В шахте работает много техники. Пласты сейчас обрабатываются комбайнами (непрерывной выработки и уборочными). Новые стволы прокладываются с помощью врубного комбайна со сверлом. Порода сначала поступает на конвейер, потом перевозится вагонетками. Для поддержки крыши разработаны специальные платформы – стационарные и на гидравлических перемещающихся опорах.

В шахтах получают уголь из пластов, которые залегают на глубине от 500 м до 1,5 км. Самая глубокая шахта в мире находится на Донбассе, ее глубина – 1546 м.

Существует несколько методов подземной добычи:

• Каменно-столбовой
  В угольном пласте делают «комнаты», оставляя часть породы для подпора крыши. Это самый старый способ добычи, он позволяет извлечь лишь 60-70% породы.
• Лавовый (длинными или короткими забоями)
  Один из основных методов получения угля в шахтах. В пласте прокладываются длинные или короткие стволы. Специальный комбайн проходит вдоль стены, снимает пласты породы и перемещает их на транспортный конвейер. Крыша ствола поддерживается платформой, которая перемещается на гидравлических опорах.
• Взрывной
  В угольном пласте делают небольшие разрезы, помещают туда взрывчатку. После рыхления собирают и транспортируют породу. Методика довольно опасная, занимает лишь 5% от всей добычи угля закрытым способом.
• Отводный
  Метод добычи угля из столбов, которые поддерживали крышу. После этого слои покрывной породы обрушаются. Метод опасный, используется лишь в 1% случаев.
• Гидравлический
  При этом способе выемка, транспортировка и подъем угля проводится потоками воды (чаще всего из подземных водоносных горизонтов). Слой породы разрушается либо струями высокого давления, либо гидромеханическими машинами. Затем материал транспортируется по наклоненным желобам до центральной камеры гидроподъема. Оттуда масса перемещается на поверхность.
• При помощи сжатого воздуха
  Выемка угля осуществляется за счет воздушной энергии. Установка для добычи состоит из компрессора, воздухопровода, пневматического взрывного патрона и предохранителей. Воздух подается из компрессора по воздухопроводу под давлением 300-700 атмосфер. Он попадает во взрывной патрон, размещенный в шпуре (цилиндрическом отверстии в угольном пласте). Воздух расширяется, эффект напоминает взрыв, при этом нет искр, не выделяется ядовитых газов. Этот метод намного безопаснее, чем классический взрывной.
• Виброимпульсный
  В основе метода – разрушение угольного пласта низкочастотными мощными импульсами, производимыми генераторами. Он пока не получил широкого распространения и требует совершенствования.

В шахте можно встретить необычную технику

Выбор метода зависит от глубины шахты и мощности пластов, наличия оборудования, экономических факторов.

Подробнее о них вы можете прочитать в статье Добыча угля закрытым способом.

Добыча угля – это важная часть ресурсной экономики многих стран. В этой отросли работают сотни тысяч людей – шахтеров, горных инженеров, технологов, экономистов. Способы получения продукции зависят от особенностей месторождений, залегания угольных пластов, рельефа местности. Добычу начинают только после тщательной разведки и просчета экономической выгоды. Если запасы исчерпываются, или выемка требует больших финансовых затрат, шахты закрываются.

Полную версию данной статьи вы найдете на этой странице.

Также мы рекомендуем ознакомиться с другими полезными статьями на нашем сайте.

#уголь #каменный уголь #полезные советы #добыча угля #геология #полезные ископаемые #топливо #энергетика #добыча полезных ископаемых #добыча каменного угля