Технология и механизация разработки месторождений полезных ископаемых

Для разработки месторождений полезных ископаемых в зависимости от горно-геологических условий залегания и свойств пород и полезных ископаемых применяют различные технологии: подземную, открытую, скважинную и подводную.
Под технологией понимают совокупность производственных процессов, выполняемых во взаимной связи во времени и пространстве. Вместо термина «технология» применяется также термин «способ разработки месторождения полезных ископаемых». Соответственно различают подземный способ разработки месторождений, открытый способ и т.д.
Основные компоненты технологии разработки месторождений полезных ископаемых:
1. Работы, в результате выполнения которых обеспечивается доступ к полезному ископаемому с поверхности земли. Эти работы называют вскрытием месторождения.
2. Разделение залежи полезного ископаемого на части, удобные для извлечения полезного ископаемого из недр земли. Эти работы называют подготовкой месторождения к очистной выемке.
3. Работы по непосредственному извлечению полезного ископаемого из недр. Эти работы называют очистной выемкой полезного ископаемого, или очистными работами.
При вскрытии и подготовке месторождений к очистной выемке полезного ископаемого проводят сопутствующие работы, которые обеспечивают технически, технологически и экономически выгодное и безопасное выполнение основных процессов. К сопутствующим работам относят снижение водопритока и газопоступления из горных пород на рабочие места, заблаговременные при необходимости осушение и дегазация горных пород всего месторождения или его части. Параллельно с очистной выемкой полезного ископаемого и транспортированием его на земную поверхность осуществляют выемку и перемещение для складирования в специально отведенные места пустых горных пород, препятствующих доступу к полезному ископаемому, выполняют доставку материалов, машин и механизмов, снабжают электрической и пневматической энергией, свежим воздухом и многие другие работы.
Обычно предприятие, добывающее полезное ископаемое, осуществляет его первичную переработку и обогащение.
После завершения добычных работ необходима рекультивация, т.е. восстановление земель, нарушенных горными работами.
Подземной называется технология, осуществляемая с помощью подземных горных выработок.
Горные выработки — полости, сооружаемые в земной коре и обустраиваемые в соответствии с их назначением. Подземными называют выработки, расположенные на некоторой глубине от поверхности земли и имеющие замкнутый контур поперечного сечения.
Открытая разработка месторождений полезных ископаемых осуществляется с помощью открытых горных выработок, к которым относят выработки, примыкающие к поверхности земли и имеющие незамкнутый контур поперечного сечения.
Скважинную технологию применительно к твердым полезным ископаемым называют также геотехнологией. Сущность ее состоит в бурении скважин к полезному ископаемому, изменении физического или химического состояния полезного ископаемого и извлечении продукта на поверхность земли по скважинам. Для перевода твердого полезного ископаемого в состояние, пригодное для транспортирования по скважинам, применяют размыв высоконапорной струей воды, плавление, растворение, химическую и бактериальную обработку.
Подводная технология применяется для разработки континентальных россыпных месторождений, месторождений на дне озер, морей в пределах континентального шельфа и мирового океана.

ОТКРЫ́ТАЯ РАЗРАБО́ТКА МЕСТОРОЖ­ДЕ́НИЙ, спо­соб до­бы­чи по­лез­ных ис­ко­пае­мых, при ко­то­ром про­цес­сы вы­ем­ки осу­ще­ст­в­ля­ют­ся на по­верх­но­сти Зем­ли (в от­кры­тых гор­ных вы­ра­бот­ках – карь­е­рах). Ха­рак­те­ри­зу­ет­ся вы­со­кой сте­пенью из­вле­че­ния по­лез­ных ис­ко­пае­мых из недр, воз­мож­но­стью дос­ти­же­ния бoль­шей (по срав­не­нию с шахт­ной до­бы­чей) про­из­водств. мощ­но­сти пред­при­ятия. Гл. тре­бо­ва­ния к О. р. м. – ком­плекс­ное ос­вое­ние всех ре­сур­сов ме­сто­ро­ж­де­ния и ох­ра­на ок­ру­жаю­щей сре­ды. По по­ло­же­нию за­ле­жи по­лез­но­го ис­ко­пае­мо­го от­но­си­тель­но зем­ной по­верх­но­сти раз­ли­ча­ют ме­сто­ро­ж­де­ния по­верх­но­ст­но­го (рас­по­ло­жен­ные на по­верх­но­сти или по­кры­тые не­боль­ши­ми на­но­са­ми), глу­бин­но­го (зна­чи­тель­но ни­же гос­под­ствую­ще­го уров­ня по­верх­но­сти), на­гор­но­го (на воз­вы­шен­но­сти или скло­не го­ры) и на­гор­но-глу­бин­но­го (час­тич­но рас­по­ло­жен­ные на го­ре или гор­ном скло­не) ти­пов. Осн. гор­ные вы­ра­бот­ки О. р. м. – ка­пи­таль­ные тран­шеи, обес­пе­чи­ваю­щие до­ступ к по­лез­но­му ис­ко­пае­мо­му, и раз­рез­ные тран­шеи, под­го­тав­ли­ваю­щие карь­ер­ное по­ле к вскрыш­ным и до­быч­ным ра­бо­там.

Осн. тех­но­ло­гич. про­цес­сы О. р. м. вклю­ча­ют: под­го­тов­ку гор­ных по­род к вы­ем­ке – их от­де­ле­ние от мас­си­ва с при­ме­не­ни­ем взрыв­ных тех­но­ло­гий или ме­ха­нич. рых­ле­ния; по­груз­ку (экс­ка­ва­цию) гор­ной мас­сы в сред­ст­ва карь­ер­но­го транс­пор­та и её пе­ре­ме­ще­ние из за­бо­ев до пром. пло­щад­ки и от­ва­лов; раз­ме­ще­ние вскрыш­ных по­род в от­ва­лах.

При О. р. м. безо­пас­ная, эко­но­мич­ная и наи­бо­лее пол­ная вы­ем­ка всех ви­дов по­лез­ных ис­ко­пае­мых обес­пе­чи­ва­ет­ся пра­виль­но вы­бран­ной сис­те­мой раз­ра­бот­ки ме­сто­ро­ж­де­ния, ко­то­рая ус­та­нав­ли­ва­ет оп­ре­де­лён­ный по­ря­док вы­пол­не­ния гор­но-под­го­то­вит., вскрыш­ных и до­быч­ных ра­бот. Наи­боль­шее рас­про­стра­не­ние в РФ по­лу­чи­ла раз­ра­бо­тан­ная Н. В. Мель­ни­ко­вым клас­си­фи­ка­ция сис­тем О. р. м. по спо­со­бу пе­ре­ме­ще­ния пу­стых по­род вскры­ши в от­ва­лы и ти­пу при­ме­няе­мо­го об­ору­до­ва­ния: бес­транс­порт­ная – вскрыш­ные по­ро­ды пе­ре­ме­ща­ют­ся во внутр. от­ва­лы не­по­сред­ст­вен­но экс­ка­ва­то­ра­ми; транс­порт­но-от­валь­ная – вскрыш­ные по­ро­ды пе­ре­ме­ща­ют­ся во внутр. от­ва­лы при по­мо­щи пе­ре­движ­ных транс­порт­но-от­валь­ных ус­та­но­вок; спе­ци­аль­ная – вскрыш­ные по­ро­ды уда­ля­ют­ся ко­лёс­ны­ми скре­пе­ра­ми, с по­мо­щью средств гид­ро­ме­ха­ни­за­ции и др.; транс­порт­ная – вскрыш­ные по­ро­ды пе­ре­ме­ща­ют­ся на внут­рен­ние или внеш­ние от­ва­лы сред­ст­ва­ми карь­ер­но­го транс­пор­та; ком­би­ни­ро­ван­ная – вскрыш­ные по­ро­ды верх­них ус­ту­пов уда­ля­ют карь­ер­ным транс­пор­том, а по­ро­ды с ниж­них ус­ту­пов пе­ре­ме­ща­ют­ся во внутр. от­ва­лы не­по­сред­ст­вен­но экс­ка­ва­то­ра­ми или при по­мо­щи пе­ре­движ­ных транс­порт­но-от­валь­ных ус­та­но­вок. По клас­си­фи­ка­ции, раз­ра­бо­тан­ной В. В. Ржев­ским, сис­те­мы О. р. м. в за­ви­си­мо­сти от по­ло­же­ния ра­бо­чей зо­ны и на­прав­ле­ния пе­ре­ме­ще­ния фрон­та гор­ных ра­бот де­лят: на сплош­ные, при­ме­няе­мые для до­бы­чи ру­ды из го­ри­зон­таль­ных или по­ло­го­падаю­щих за­ле­жей (от­ва­лы вскрыш­ных по­род раз­ме­ща­ют в вы­ра­бо­тан­ной час­ти карь­е­ра или за его пре­де­ла­ми); уг­лу­боч­ные – при раз­ра­бот­ке на­клон­ных и кру­тых за­ле­жей (вскрыш­ные по­ро­ды раз­ме­ща­ют толь­ко во внеш­них от­ва­лах); сме­шан­ные (со­че­та­ют осо­бен­но­сти сплош­ных и уг­лу­боч­ных сис­тем) – для раз­работ­ки ме­сто­ро­ж­де­ний в слож­ных то­по­гра­фич. и гор­но-гео­ло­гич. ус­ло­ви­ях. Клас­си­фи­ка­ция сис­тем на ос­но­ве ре­сур­сос­бе­ре­гаю­щих и ма­ло­от­ход­ных тех­но­ло­гий с при­ме­нени­ем но­вых ви­дов гор­но­го и транс­порт­но­го обо­ру­до­ва­ния, пред­ло­жен­ная К. Н. Тру­бец­ким, под­раз­де­ля­ет тех­но­ло­гич. схе­мы О. р. м. на цик­лич­ные (13 схем) и цик­лич­но-по­точ­ные (5 схем) спо­со­бы про­из-ва гор­ных ра­бот.

О. р. м. вклю­ча­ет под­го­то­вит., ос­нов­ной гор­но-строи­тель­ный, экс­плу­та­ци­он­ный и за­клю­чит. пе­рио­ды. В под­го­то­ви­тель­ный пе­ри­од в пре­де­лах карь­ер­но­го по­ля ве­дут­ся ра­бо­ты по под­го­тов­ке тер­ри­то­рии (вы­руб­ка ле­са, кор­чёв­ка пней, от­вод рек, осу­ше­ние ме­сто­ро­ж­дения, пе­ре­нос ав­то­мо­биль­ных и ж.-д. трасс, воз­ве­де­ние спец. скла­дов, ад­ми­ни­ст­ра­тив­но-бы­то­вых и ком­му­наль­ных со­ору­же­ний, ме­ха­нич. мас­тер­ских, де­по, га­ра­жей, про­кла­ды­ва­ние транс­порт­ных ком­му­ни­ка­ций, се­ти во­до­снаб­же­ния и ка­на­ли­за­ции). В ос­нов­ной гор­но-строи­тель­ный пе­ри­од осу­ще­ст­в­ля­ют­ся гор­но-ка­пи­таль­ные ра­бо­ты по со­ору­же­нию ка­пи­таль­ных и раз­рез­ных тран­шей (см. Вскры­тие ме­сто­ро­ж­де­ния), про­во­дят­ся дре­наж­ные и осу­шит. ра­бо­ты, ве­дёт­ся мон­таж осн. гор­но­го, транс­порт­но­го и тех­но­ло­гич. обо­ру­до­ва­ния, воз­во­дят­ся пром. зда­ния, обо­га­тит. со­ору­же­ния, скла­ды для го­то­вой про­дук­ции и др.

Наи­бо­лее про­дол­жит. этап О. р. м. – экс­плуа­та­ция ме­сто­ро­ж­де­ния. Пла­но­мер­ная вы­ем­ка и пе­ре­ме­ще­ние гор­ных по­род обес­пе­чи­ва­ют­ся ком­плек­сом гор­но­го транс­порт­но­го и вспо­мо­гат. обо­ру­до­ва­ния. Вы­бор средств ком­плекс­ной ме­ха­ни­за­ции за­ви­сит от при­род­ных (кре­пость гор­ных по­род, фор­ма за­ле­га­ния по­лез­но­го ис­ко­пае­мо­го, гор­но-гео­ло­гич. ус­ло­вия, кли­мат, рель­еф и т. п.), тех­но­ло­ги­че­ских (сис­те­ма раз­ра­бот­ки, схе­ма вскры­тия, ре­жим гор­ных ра­бот и др.), тех­ни­че­ских (вы­емоч­но-по­гру­зоч­ное обо­ру­до­ва­ние, транс­порт, эле­мен­ты сис­тем раз­ра­бот­ки), ор­га­ни­за­ци­он­ных (го­до­вой и су­точ­ный ре­жи­мы ра­бот, сро­ки строи­тель­ст­ва и др.) и эко­но­ми­че­ских (раз­мер ка­пи­таль­ных за­трат, се­бе­стои­мость про­дук­ции, про­из­во­ди­тель­ность тру­да, раз­мер при­бы­ли и др.) фак­то­ров. Ком­плекс­ная ме­ха­ни­за­ция гор­ных раз­ра­бо­ток обес­пе­чи­ва­ет не­раз­рыв­ность транс­порт­ных ком­му­ни­ка­ций от за­бо­ев до пунк­тов раз­груз­ки, а отд. ма­ши­ны и ме­ха­низ­мы (бу­ро­вые, вы­емоч­но-по­гру­зоч­ные, транс­порт­ные, от­валь­ные, вспо­мо­га­тель­ные), вхо­дя­щие в ком­плект обо­ру­до­ва­ния, долж­ны со­от­вет­ст­во­вать друг дру­гу по мощ­но­сти, про­из­во­ди­тель­но­сти и др. осн. па­ра­мет­рам. От­ли­чит. осо­бен­ность ком­плекс­ной ме­ха­ни­за­ции до­быч­ных ра­бот – на­ли­чие раз­гру­зоч­но-при­ём­ных пунк­тов, рас­по­ла­гае­мых в оп­ре­де­лён­ных мес­тах, как пра­ви­ло на весь срок от­ра­бот­ки ме­сто­ро­ж­де­ния. Эти пунк­ты вклю­ча­ют в се­бя дро­биль­но-сор­ти­ро­воч­ные ус­та­нов­ки, раз­ме­щае­мые не­по­сред­ст­вен­но в карь­е­ре и на бор­тах. Осн. тре­бо­ва­ние, предъ­яв­ляе­мое к ком­плекс­ной ме­ха­ни­за­ции до­быч­ных ра­бот, – обес­пе­че­ние рав­но­мер­ной и бес­пе­ре­бой­ной по­да­чи по­лез­но­го ис­ко­пае­мо­го на пе­ре­ра­бот­ку.

Ком­плек­сы для ме­ха­ни­за­ции до­быч­ных ра­бот раз­ли­ча­ют по ви­ду вхо­дя­ще­го в них обо­ру­до­ва­ния, ко­то­рое оп­ре­де­ля­ет вид тех­но­ло­гии гор­ных ра­бот: цик­лич­ная, при ко­то­рой все осн. про­цес­сы осу­ще­ст­в­ля­ют­ся ком­плек­сом обо­ру­до­ва­ния цик­лич­но­го дей­ст­вия; цик­лич­но-по­точ­ная – пре­ду­смат­ри­ва­ет при­ме­не­ние ком­плек­сов с обо­ру­до­ва­ни­ем цик­лич­но­го и не­пре­рыв­но­го дей­ст­вия; по­точ­ная – осу­ще­ст­в­ля­ет­ся с по­мо­щью ком­плек­сов, в ко­то­рых в ка­че­ст­ве осн. гор­но­транс­порт­но­го обо­ру­до­ва­ния ис­поль­зу­ют­ся ма­ши­ны не­пре­рыв­но­го дей­ст­вия.

За­клю­чи­тель­ный пе­ри­од экс­плуа­та­ции ме­сто­ро­ж­де­ний – вос­ста­нов­ле­ние на­ру­шен­ных при О. р. м. зе­мель и воз­вра­ще­ние их для по­лез­но­го ис­поль­зо­ва­ния: пла­ни­ров­ка от­ва­лов, на­не­се­ние на них поч­вен­но­го слоя (пред­ва­ри­тель­но сня­то­го при вскрыш­ных ра­бо­тах), вос­ста­нов­ле­ние и бла­го­ус­т­рой­ст­во вы­ра­бо­тан­но­го про­стран­ст­ва карь­е­ра (см. Ре­куль­ти­ва­ция зе­мель). При раз­ра­бот­ках ме­сто­ро­ж­де­ний по­верх­но­ст­но­го ти­па гор­но­тех­нич. ре­куль­ти­ва­ция мо­жет осу­ще­ст­в­лять­ся в про­цес­се экс­плуа­та­ции.

Эф­фек­тив­ность О. р. м. оце­ни­ва­ет­ся сис­те­мой тех­ни­ко-эко­но­мич. по­ка­за­те­лей – об­щих (при­быль, рен­та­бель­ность, ка­че­ст­во гор­ной про­дук­ции) и спе­ци­аль­ных (ко­эф. вскры­ши, се­бе­стои­мость по­лез­но­го ис­ко­пае­мо­го, экс­плуа­тац. за­тра­ты, ка­пи­таль­ные за­тра­ты, про­из­во­ди­тель­ность тру­да и ко­эф. ис­поль­зо­ва­ния гор­но­транс­порт­но­го обо­ру­до­ва­ния). Для О. р. м. ср. ко­эф. вскры­ши (от­но­ше­ние все­го объ­ё­ма вскры­ши в кон­ту­ре карь­е­ра ко все­му объ­ё­му по­лез­но­го ис­ко­пае­мо­го) со­став­ля­ет 4–5 м3/м3 (ред­ко 10 м3/м3); та­кие зна­че­ния ко­эф. вскры­ши га­ран­ти­ру­ют рен­та­бель­ность это­го ви­да раз­ра­бот­ки.

О. р .м. про­шла длин­ный ис­то­рич. путь – от вы­ем­ки про­дук­тив­ной за­ле­жи, на­хо­дя­щей­ся пря­мо на зем­ной по­верх­но­сти, и сня­тия слоя по­кры­ваю­щих по­род с по­мо­щью при­ми­тив­ных гор­но­про­ходч. ин­ст­ру­мен­тов и зем­ле­рой­ной тех­ни­ки (6–5-е тыс. до н. э.) до по­яв­ле­ния в 21 в. карь­е­ров глу­би­ной бо­лее 350 м, ос­на­щён­ных мощ­ны­ми бу­ро­вы­ми стан­ка­ми и экс­ка­ва­то­ра­ми, боль­ше­груз­ны­ми ав­то­са­мо­сва­ла­ми. О. р. м. – осн. на­прав­ле­ние раз­ви­тия гор­но­до­бы­ваю­щей пром-сти в РФ, этим спо­со­бом до­бы­ва­ют 80–93% руд чёр­ных и цвет­ных ме­тал­лов, око­ло 64–66% уг­ля, прак­ти­че­ски 100% строит. гор­ных по­род. О. р. м. по­зво­ля­ет соз­да­вать мощ­ные ком­плек­сы по до­бы­че и пе­ре­ра­бот­ке же­лез­ных руд. Так, в РФ на 5 наи­бо­лее круп­ных карь­е­рах – Ле­бе­дин­ском, Ми­хай­лов­ском, Стой­лен­ском, Кос­то­мукш­ском, Се­вер­ном Кач­ка­нар­ском (про­из­во­ди­тель­ность ка­ж­до­го по сы­рой ру­де св. 20 млн. т в год) до­бы­ва­ет­ся ок. 70% же­лез­ной ру­ды, на 3 др. карь­е­рах – Ков­дор­ском, Глав­ном и За­пад­ном Кач­ка­нар­ских (про­из­во­ди­тель­ность ка­ж­до­го бо­лее 10 млн. т в год) – св. 16% об­щей до­бы­чи. Про­ектная глу­би­на карь­е­ров: Ле­бе­дин­ско­го 450 м, руд­ни­ка «Же­лез­ный» Ков­дор­ско­го 850 м, Ми­хай­лов­ско­го 450 м, Оле­не­гор­ско­го 435 м и Стой­лен­ско­го 470 м. Про­ект­ная глу­би­на за­ру­беж­ных карь­е­ров: же­ле­зо­руд­но­го Пол­тав­ско­го ГОКа 700 м (Ук­раи­на), мед­но­руд­ных «Бин­гем» 900 м (США) и «Гас­пе» 546 м (Ка­на­да), зо­ло­то­руд­но­го «Му­рун­тау» 950–1000 м и мед­но­руд­но­го «Каль­ма­кыр» 660 м (Уз­бе­ки­стан).

К наи­бо­лее круп­ным в РФ О. р. м. руд цвет­ных ме­тал­лов и зо­ло­та от­но­сят: карь­ер Олим­пиа­дин­ско­го ме­сто­ро­ж­де­ния зо­ло­та, Сор­ский мо­либ­де­но­вый карь­ер, карь­ер «Эр­дэ­нэт» со­вме­ст­но­го рос.-монг. пред­при­ятия; осн. рай­оны О. р. м. ал­ма­зов – карь­ер «Мир» в Яку­тии, уг­ля – Ба­чат­ский карь­ер в Куз­нец­ком уголь­ном бас­сей­не в Зап. Си­би­ри, гор­но-хи­мич. сы­рья – карь­е­ры ОАО «Апа­тит» на Коль­ском п-ове и др.

Пер­спек­ти­вы раз­ви­тия О. р. м. свя­за­ны с оп­ти­ми­за­ци­ей па­ра­мет­ров гор­ных ра­бот и обо­ру­до­ва­ния, при­ме­не­ния тех­ни­ки не­пре­рыв­но­го дей­ст­вия, ком­плекс­ным ос­вое­ни­ем недр, пе­ре­хо­дом на боль­шие глу­би­ны (до 1000 м), ши­ро­ким при­ме­не­ни­ем ав­то­ма­ти­зир. сис­тем и ме­то­дов управ­ле­ния, вне­дре­ни­ем ре­сур­сос­бе­ре­гаю­щих, ма­ло­от­ход­ных и ре­сур­со­вос­про­из­во­дя­щих гео­тех­но­ло­гий.