Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Не путать с горной геологией .
Наземный золотой рудник с самосвалом на переднем плане

Горное дело в инженерной дисциплине - это добыча полезных ископаемых снизу, сверху или на земле. Горное дело связано со многими другими дисциплинами, такими как переработка полезных ископаемых , разведка, раскопки, геология и металлургия , инженерно-геологические исследования и геодезия . Горный инженер может управлять любым этапом горных работ, от разведки и обнаружения полезных ископаемых до технико-экономического обоснования , проектирования рудника, разработки планов, производства и операций до закрытия рудника .

В процессе добычи полезных ископаемых образуется некоторое количество отходов и неэкономичных материалов, которые являются основным источником загрязнения вблизи шахт. Горнодобывающая деятельность по своей природе вызывает нарушение естественной среды, внутри и вокруг которой расположены полезные ископаемые . Горнодобывающая поэтому инженеры должны быть заинтересованы не только с производством и переработкой минерального сырья, но также с уменьшением ущерба окружающей среде как во время, так и после добычи в результате изменения района добычи. Такие отрасли подчиняются строгим законам для контроля загрязнения и ущерба, причиняемого окружающей среде, и периодически находятся в ведении соответствующих ведомств.

История горного дела [ править ]

С доисторических времен и до наших дней добыча полезных ископаемых играла значительную роль в существовании человечества . С самого начала цивилизации люди использовали камень и керамику, а позже металлы, найденные на поверхности Земли или близко к ней . Они использовались для изготовления ранних инструментов и оружия . Например, высококачественный кремень, найденный в северной Франции и южной Англии, использовался для поджигания и разбивания скалы. [1] В меле обнаружены кремневые мины.участки, где швы камня переходили под землю шахты и галереи. Самая старая известная шахта, зарегистрированная в археологических раскопках, - «Львиная пещера» в Свазиленде . На этом участке, возраст которого составляет около 43000 лет, люди палеолита добывали минерал гематит , который содержал железо и измельчался для получения красного пигмента охры . [2] [3]

В древние римляне были новаторами горного машиностроения. Они разработали крупномасштабные методы добычи полезных ископаемых, такие как использование больших объемов воды, доставляемой к устью шахты по многочисленным акведукам для гидравлической добычи . Затем обнаженная скала подверглась нападению с помощью поджигания, при котором огонь использовался для нагрева скалы, которая должна была быть погашена струей воды. От теплового удара скала треснула, и ее удалось удалить. В некоторых рудниках римляне использовали водные механизмы, такие как гидравлические колеса с обратным обводом . Они широко использовались на медных рудниках Rio Tinto.в Испании, где одна последовательность включала 16 таких колес, расположенных попарно, поднимая воду на высоту около 80 футов (24 м). [4]

Черный порох был впервые использован при добыче полезных ископаемых в Банска-Штьявнице , Королевство Венгрия (современная Словакия ) в 1627 году. [5] Это позволило взорвать скалу и землю, чтобы разрыхлить и обнажить рудные жилы, что было намного быстрее, чем поджигание. Промышленная революция увидела дальнейшие достижения в области технологий добычи, в том числе усовершенствованных взрывчатых веществ и паросиловых насосов, лифтов, а также сверл , как долго они оставались в безопасности.

Образование [ править ]

Колорадская горная школа

Есть много способов стать горным инженером, но все они включают в себя получение степени в университете или колледже. В первую очередь обучение включает в себя бакалавра технических наук (B.Eng. Или BE), бакалавра наук (B.Sc. или BS), бакалавра технологий (B.Tech.) Или бакалавра прикладных наук (BASc.) В горной инженерии. . В зависимости от страны и юрисдикции, чтобы получить лицензию в качестве горного инженера магистра степени; Магистр технических наук (M.Eng.), Магистр наук (M.Sc или MS) или магистр прикладных наук(MASc.) Может потребоваться. Есть также горные инженеры, которые пришли из других дисциплин, например, из инженерных областей, таких как машиностроение , гражданское строительство , электротехника , геоматическая инженерия , экологическая инженерия, или из таких научных областей, как геология , геофизика , физика , геоматика , науки о Земле , математика , однако, этот путь требует принятия дипломной степени , таких как M.Eng, MS, м.н. или MASc. в горном деле после окончания другого количественного бакалавриат , чтобы получить квалификацию горного инженера.

Фундаментальные предметы изучения горной инженерии обычно включают:

  • Математика ; Исчисление , алгебра , дифференциальные уравнения , численный анализ
  • Науки о Земле ; Геохимия , геофизика , минералогия , геоматика
  • Механика ; Механика горных пород , механика грунтов , геомеханика
  • Термодинамика ; Теплообмен , работа (термодинамика) , массообмен
  • Гидрогеология
  • Гидромеханика ; Жидкость статики , гидродинамика
  • Геостатистика ; Пространственный анализ , статистика
  • Техника управления ; Теория управления , приборы
  • Открытые горные работы ; Открытая разработка
  • Подземная добыча (мягкая порода)
  • Подземная добыча (хард-рок)
  • Вычислительная техника ; MATLAB , Maptek (Vulcan), Golden Software (Surfer), MicroStation , Carlson
  • Буровзрывные работы
  • Механика твердого тела ; Механика разрушения

В Соединенных Штатах около 14 университетов предлагают степень бакалавра в области горного дела и / или разработки полезных ископаемых. Университеты с самым высоким рейтингом включают Горную школу Колорадо , Государственный университет Пенсильвании , Технологический институт Вирджинии , Университет Кентукки , Университет Аризоны , Школу горного дела и технологий Южной Дакоты и т. Д. С полным списком можно ознакомиться на сайте smenet.org. Большинство этих университетов предлагают магистры и доктора философии. градусов тоже.

В Канаде , McGill University предлагает бакалаврские (B.Sc. или B.Eng.) И выпускником (M.Sc. или MS) степени в ИГД. [6], а Университет Британской Колумбии в Ванкувере предлагает степень бакалавра прикладных наук (BASc.) По горному делу [7], а также ученые степени (MASc. Или M.Eng и Ph.D.) по горному делу. [8]

В Европе большинство программ объединяются (BS плюс MS в одну) после Болонского процесса, и на их выполнение уходит 5 лет. В Португалии , то Университет Порту предлагает M.Eng. в горнодобывающей промышленности и гео-экологической инженерии [9] и в Испании в Техническом университете Мадрида предлагает степени в ИГД с треками в горнодобывающей технике, добыче полезных ископаемых, топлива и взрывчатых веществ, металлургии. [10] В Соединенном Королевстве , The Camborne Школа шахтного предлагает широкий выбор Бенг и MEng градусов в горнодобывающей технике и других disaplines связанных с добычей полезных ископаемых. Это делается черезУниверситет Эксетера . [11]

В Южной Африке ведущие учреждения включают Университет Претории , предлагающий 4-летнюю степень бакалавра инженерных наук (B.Eng in Mining Engineering), а также последипломное обучение в различных областях специализации, таких как горная инженерия и численное моделирование, инженерия взрывчатых веществ, вентиляционная техника, методы подземных горных работ и проектирование шахт; [12] и Университет Витватерсранда, предлагающий 4-летнюю степень бакалавра инженерных наук (B.Sc. (Eng.)) В области горного дела [13], а также программы магистратуры (M.Sc. (Eng.) И Ph.D.) в горном деле. [14]

Некоторые горные инженеры продолжают обучение по программам докторантуры, например, доктор философии (Ph.D., DPhil), доктор технических наук (D.Eng., Eng.D.). Эти программы включают очень значительный оригинальный исследовательский компонент и обычно рассматриваются как точки входа в Academia .

Заработная плата и статистика [ править ]

Заработная плата в горнодобывающей промышленности обычно определяется требуемым уровнем квалификации, занимаемой должностью и организацией, в которой работает инженер. [ необходима цитата ] При сравнении зарплат из одного региона в другой необходимо учитывать стоимость жизни и другие факторы.

Горные инженеры в Индии получают относительно высокую зарплату по сравнению со многими другими профессиями [15], при средней зарплате в 15 250 долларов. Однако по сравнению с заработной платой горных инженеров в других регионах, таких как Канада, США, Австралия и Великобритания, зарплаты в Индии невысоки. В Соединенных Штатах насчитывается около 6150 работающих горных инженеров со средней годовой зарплатой 103 710 долларов США. [16]

Предварительная добыча [ править ]

Геолог, Н. К. Уайет , 1906 г.

Разведка полезных ископаемых - это процесс поиска руд (коммерчески приемлемых концентраций полезных ископаемых) для добычи . Разведка полезных ископаемых - гораздо более интенсивный, организованный, активный и профессиональный процесс, чем разведка полезных ископаемых , хотя при этом часто используются услуги разведки.

Первый этап горных работ состоит из процессов поиска и разведки месторождения полезных ископаемых. На следующем первом этапе разведки полезных ископаемых геологи и геодезисты играют важную роль в необходимом предварительном технико-экономическом обосновании возможных горных работ. Разведка полезных ископаемых и оценка запасов с помощью различных методов разведки проводятся для определения метода и типа добычи, необходимых в дополнение к условиям рентабельности.

Открытие минералов [ править ]

После того, как обнаружено месторождение полезных ископаемых и будет установлено, что его экономическое качество достаточно для добычи, горные инженеры будут работать над разработкой плана по его эффективной и действенной добыче.

Открытие может быть сделано на основе исследования карт полезных ископаемых, академических геологических отчетов или местных, государственных или национальных геологических отчетов. Другие источники информации включают эссе о собственности и местную молву. Исследование минералов обычно включает отбор проб и анализ отложений, почвы и керна. Отбор и анализ проб почвы - один из самых популярных инструментов разведки полезных ископаемых. [17] [18] Общие инструменты включают спутниковые и аэрофотоснимки или аэрогеофизику, в том числе магнитометрические и гамма-спектрометрические карты. [19] Если разведка полезных ископаемых не проводится на государственной собственности, владельцы собственности могут играть значительную роль в процессе разведки и могут быть первооткрывателями месторождения полезных ископаемых. [20]

Определение минералов [ править ]

После обнаружения перспективного полезного ископаемого горный геолог и / или горный инженер определяет свойства руды. Это может включать химический анализ руды для определения состава пробы. После определения свойств минерала следующим шагом будет определение количества руды. Это включает определение размера месторождения, а также чистоты руды. [21] Геолог пробуривает дополнительные образцы керна, чтобы определить пределы месторождения или пласта, и вычисляет количество ценного материала, присутствующего в залежи.

Технико-экономическое обоснование [ править ]

Основная статья: Технико-экономическое обоснование добычи полезных ископаемых

После того, как идентификация полезных ископаемых и объем запасов обоснованно определены, следующим шагом будет определение осуществимостивосстановления месторождения полезных ископаемых. Предварительное исследование вскоре после открытия месторождения изучает рыночные условия, такие как спрос и предложение на минерал, количество руды, которое необходимо переместить для извлечения определенного количества этого минерала, а также анализ затрат, связанных с операция. Это предварительное технико-экономическое обоснование определяет, будет ли горнодобывающий проект прибыльным; если да, то проводится более глубокий анализ месторождения. После того, как все рудные тела известны и были изучены инженерами, в технико-экономическом обосновании изучаются стоимость первоначальных капитальных вложений, методы добычи, стоимость эксплуатации, расчетный срок окупаемости, валовая выручка и чистая прибыль. рентабельность, любая возможная цена перепродажи земли, общий срок службы резерва, общая стоимость резерва, инвестиции в будущие проекты и договор собственника или владельцев. Кроме того, учитываются воздействие на окружающую среду, рекультивация, возможные юридические последствия и все правительственные разрешения. [22] [23] Эти этапы анализа определяют, следует ли горнодобывающей компании продолжить добычу полезных ископаемых или от проекта следует отказаться. Горнодобывающая компания может решить продать права на запас третьей стороне, а не разрабатывать его самостоятельно, или решение о продолжении добычи может быть отложено на неопределенный срок до тех пор, пока рыночные условия не станут благоприятными.

Горные работы [ править ]

Горные инженеры, работающие на установленном руднике, могут работать в качестве инженера по совершенствованию производства, дальнейшей разведке полезных ископаемых и капитализации операций, определяя, где в руднике добавить оборудование и персонал. Инженер может также работать в надзоре и менеджменте или продавать оборудование и полезные ископаемые. Помимо проектирования и эксплуатации, горный инженер может работать менеджером по охране окружающей среды, здоровья и безопасности или инженером-проектировщиком.

Акт добычи требовал различных методов добычи в зависимости от минералогии , геологии и местоположения ресурсов. Такие характеристики, как твердость минерала, стратификация минерала и доступ к нему, будут определять метод добычи.

Как правило, добыча ведется либо с поверхности, либо под землей. Добыча также может осуществляться как на поверхности, так и под землей в одном и том же заповеднике. Горнодобывающая деятельность зависит от того, какой метод используется для удаления минерала.

Открытые горные работы [ править ]

Открытые разработки составляют 90% мировой добычи полезных ископаемых. Открытые разработки , также называемые открытым способом , представляют собой удаление минералов в формациях, которые находятся на поверхности или рядом с ней. Извлечение руды осуществляется путем вывоза материала с земли в ее естественном состоянии. Открытые горные работы часто изменяют характеристики земли, форму, топографию и геологическое строение.

Открытые горные работы включают в себя разработку карьеров, то есть добычу полезных ископаемых с помощью таких машин, как резка, раскалывание и дробление. Для облегчения поломки обычно используются взрывчатые вещества . Твердые породы, такие как известняк, песок, гравий и сланец, обычно добываются в серию уступов.

Добыча полосы производится на более мягких минералах, таких как глины, а фосфаты удаляются с помощью механических экскаваторов, гусеничных бульдозеров и фронтальных погрузчиков. Таким образом можно также извлекать более мягкие угольные пласты.

При разработке россыпей полезные ископаемые также могут быть удалены со дна озер, рек, ручьев и даже океана с помощью земснарядов. Кроме того, добыча на месте может осуществляться с поверхности с использованием растворяющих агентов на рудном теле и извлечения руды с помощью откачки. Затем перекачиваемый материал выщелачивают для дальнейшей обработки. Гидравлическая добыча используется в виде струй воды для вымывания вскрыши или самой руды. [24]

Процесс добычи [ править ]

Взрывные работы:
взрывчатые вещества используются для разрушения горных пород и помощи в сборе руды в процессе, называемом взрывом . Взрыв обычно происходит из- за тепла и огромного давления взорвавшейся взрывчатки для разрушения и разрушения горной массы. Тип взрывчатых веществ, используемых в горнодобывающей промышленности, - это фугасные взрывчатые вещества, которые различаются по составу и рабочим характеристикам. Горный инженер несет ответственность за выбор и правильное размещение этих взрывчатых веществ, чтобы обеспечить максимальную эффективность и безопасность. Взрывные работы происходят на многих этапах горного процесса, таких как развитие инфраструктуры, а также производство руды.

Выщелачивание:
выщелачивание - это потеря или извлечение определенных материалов из носителя в жидкость (обычно, но не всегда в растворитель). В основном используется при добыче редкоземельных металлов.

Флотация:
Флотация (также называемая флотацией) включает в себя явления, связанные с относительной плавучестью минералов. Это наиболее широко используемый метод отделения металлов.

Электростатическое разделение:
разделение минералов по разнице электрических характеристик.

Гравитационное разделение:
Гравитационное разделение - это промышленный метод разделения двух компонентов, либо суспензии, либо сухой гранулированной смеси, где разделение компонентов гравитацией является достаточно практичным.

Магнитная сепарация:
Магнитная сепарация - это процесс, в котором магниточувствительный материал извлекается из смеси с помощью магнитной силы.

Гидравлическое разделение:
Гидравлическое разделение - это процесс, в котором для разделения минералов используется разница в плотности. Перед гидравлической сепарацией минералы измельчали ​​до однородного размера; поскольку минералы имеют одинаковый размер и разную плотность, будут иметь разные скорости осаждения в воде, и это можно использовать для разделения целевых минералов.

Здоровье и безопасность горных работ [ править ]

Основная статья: Управление по безопасности и охране здоровья в шахтах

Юридическое внимание к вопросам здоровья и безопасности в горнодобывающей промышленности началось в конце 19 века и в последующем 20 веке перешло к всеобъемлющей и строгой кодификации правоприменения и обязательного регулирования здоровья и безопасности. Горный инженер в какой бы должности он ни занимал, должен соблюдать все федеральные, государственные и местные законы о безопасности горных работ.

Соединенные Штаты [ править ]

Основная статья: Закон о безопасности и охране здоровья в шахтах 1977 г.

Конгресс Соединенных Штатов посредством принятия Федерального закона о безопасности и охране здоровья в шахтах 1977 года , известного как Закон о шахтерах, создал Управление по безопасности и охране здоровья в шахтах (MSHA) при Министерстве труда США .

Этот всеобъемлющий закон предоставляет шахтерам права против преследования за сообщения о нарушениях, консолидированное регулирование угольных шахт с металлическими и неметаллическими шахтами, а также создает независимую Федеральную комиссию по проверке безопасности и гигиены труда для проверки заявленных MSHA нарушений. [25]

Закон, кодифицированный в § 30 Свода федеральных правил (§ 30 Свода федеральных правил), распространяется на всех горняков на действующей шахте. Когда горный инженер работает на действующей шахте, он или она подчиняется тем же правам, нарушениям, обязательным правилам охраны труда и техники безопасности и обязательному обучению, что и любой другой рабочий на шахте. По закону горный инженер может быть идентифицирован как «горняк». [26]

Закон устанавливает права горняков. Майнер может в любое время сообщить об опасной ситуации и потребовать проверки. Горняки могут выбрать представителя горняков для участия во время инспекции, предынспекционной встречи и постинспекционной конференции. Горнякам и представителям горняков оплачивается их время во время всех проверок и расследований. [27]

Горное дело и окружающая среда [ править ]

Соединенные Штаты [ править ]

Мелиорация земель регулируется для открытых и подземных рудников в соответствии с Законом о контроле и рекультивации открытых горных работ 1977 года. Закон создает в рамках Министерства внутренних дел Бюро открытых горных работ (OSM). OSM заявляет на своем веб-сайте: «OSM отвечает за обеспечение баланса между потребностями страны в продолжении внутренней добычи угля и защитой окружающей среды».

Закон требует, чтобы штаты создавали собственные департаменты рекультивации и издавали законы, касающиеся рекультивации угледобывающих предприятий. Штаты могут вводить дополнительные правила и регулировать другие полезные ископаемые в дополнение к углю для мелиорации земель. [28]

См. Также [ править ]

  • Школа горного дела
  • Подземное строительство
  • Добыча полезных ископаемых
  • Автоматизированный майнинг

Сноски [ править ]

  1. Перейти ↑ Hartman, Howard L. SME Mining Engineering Handbook , Society for Mining, Metallurgy, and Exploration Inc, 1992, p3.
  2. ^ Свазиленд трест комиссия Натуральное, "Культурные ресурсы - Malolotja археология, Лев Cavern," Проверено 27 августа 2007, "Национальный фонд Комиссии Свазиленд - Культурные ресурсы - Malolotja археология, Lion Cavern" . Архивировано из оригинала на 2016-03-03 . Проверено 5 февраля 2016 ..
  3. ^ Фонд парков мира, «Основные особенности: культурное значение». ЮАР: Автор. Проверено 27 августа 2007 г. [1] .
  4. ↑ Римляне в Британии: добыча. Архивировано 20 июля 2010 г. в Wayback Machine.
  5. ^ Heiss, Андреас G .; Oeggl, Клаус (2008). «Анализ топливной древесины, используемой на участках добычи меди в эпоху поздней бронзы и раннего железного века в районе Швац и Брикслегг (Тироль, Австрия)». История растительности и археоботаника . 17 (2): 211–221. CiteSeerX 10.1.1.156.1683 . DOI : 10.1007 / s00334-007-0096-8 . 
  6. ^ "Аспирантура" . Университет Макгилла . Проверено 13 мая 2018 .
  7. ^ «Горное дело в UBC» . Университет Британской Колумбии . Проверено 13 мая 2018 .
  8. ^ "Выпускник" . Университет Британской Колумбии . Проверено 13 мая 2018 .
  9. ^ «Магистр горного дела и геоэкологической инженерии» . Университет Порту . Проверено 13 мая 2018 .
  10. ^ «Горное дело» . Мадридский технический университет . Проверено 13 мая 2018 .
  11. ^ "BEng Mining" . Университет Эксетера . Проверено 24 мая 2020 .
  12. ^ "Горное дело | Университет Претории" . www.up.ac.za . Проверено 12 июня 2019 .
  13. ^ "WITS Mining - Программа бакалавриата" . Университет Витватерсранда . Проверено 13 мая 2018 .
  14. ^ "WITS Mining - Программа последипломного образования" . Университет Витватерсранда . Проверено 13 мая 2018 .
  15. ^ «Заработная плата геолога и горного инженера в Индии» . 2013-07-22. Архивировано из оригинала на 2015-07-23 . Проверено 22 июля 2015 .
  16. ^ «Профессиональная занятость и заработная плата, май 2017 - 17-2151 Горные и геологические инженеры, включая инженеров по безопасности горных работ» . Статистика профессиональной занятости . Бюро статистики труда . 20 мая 2018 . Проверено 20 мая 2018 года .
  17. Перейти ↑ Martins-Ferreira, MAC, Campos, JEG, & Pires, ACB (2017). Разведка приисков с помощью многомерного анализа геохимии почв в золотой провинции Алмас, Центральная Бразилия: учебный пример. Журнал геохимических исследований, 173, 52-63.
  18. ^ Манн, AW, Birrell, RD, Fedikow, MAF, & De Souza, HAF (2005). Вертикальная ионная миграция: механизмы, аномалии почвы и глубина отбора проб для разведки полезных ископаемых. Геохимия: разведка, окружающая среда, анализ, 5 (3), 201-210.
  19. ^ Пирес, ACB, Кармело, AC, и Мартинс-Феррейра, MAC (2019). Статистическое усиление аэродинамических гамма-урановых аномалий: минимизация влияния литологического фона при разведке полезных ископаемых. Журнал геохимических исследований, 198, 100-113.
  20. ^ Peters, Wiliam C, малыйсредний бизнес: Mining Engineering Handbook, 2е издание, том 1, C1992, "Геологическая разведка и добыча," PGS. 221–225, ISBN 0-87335-100-2 
  21. ^ Гамбл, Gordon E. и др. SME: Справочник по горному делу, 2-е издание, том 1, C1992, «Подготовка проб и анализ», стр. 327–332, ISBN 0-87335-100-2 
  22. ^ Джентри Дональд В., SME: Справочник по горному делу, 2-е издание, том 1, C1992, «Оценка рудников и инвестиционный анализ», стр. 387–389, ISBN 0-87335-100-2 
  23. ^ О'Хара, Т. Алан и Стэнли С. Суболески, SME: Справочник по горному делу, 2-е издание, том 1, C1992, «Затраты и оценка затрат», стр. 405–408, ISBN 0-87335-100-2 
  24. ^ Эрнест Бонет, SME: Справочник по горному делу, 2-е издание, том 2, C1992, «Открытые горные работы: сравнение методов», стр. 1529–1538, ISBN 0-87335-100-2 
  25. ^ "История законодательства о безопасности и охране здоровья в шахтах" . www.msha.gov . Архивировано из оригинального 18 февраля 2013 года . Проверено 20 марта 2018 года .
  26. ^ 20 Свода федеральных правил, § 46.2 (g) (1) (i) (ii)
  27. ↑ Федеральный закон о безопасности и охране здоровья в шахтах 1977 г., § 103 (f) и (g) (1)
  28. ^ «Ваша страница не была найдена на веб-сайте Управления по мелиорации и защите открытых месторождений» . www.osmre.gov . Проверено 20 марта 2018 года .

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Эрик К. Нистром, Видение подземелья: карты, модели и горное дело в Америке. Рино, Невада: Университет Рино Press, 2014.

Внешние ссылки [ править ]

  • SME (Общество горнодобывающей, металлургической и геологоразведочной промышленности) издает ежемесячный журнал Mining Engineering.
  • Министерство труда США: горные инженеры и геологи
  • Британская геологическая служба по переработке полезных ископаемых
  • Туркишские горные инженеры
  • Полезные ископаемые Турции
  • Картирование разведки полезных ископаемых
  • Горная наука и технологии в России