Открытая разработка

Открытая добыча , также известная как мег-добыча , [1] с открытым литоем или открытым горным разрезом , является горно поверхностью методики извлечения камня или минералов из земли путем их извлечениями из под открытым небом ямы с, иногда известной как брать .

Техника ничтожна по сравнению с размером этой шахты.
Взрывные работы на большом золотом руднике Twin Creeks открытым способом в Неваде , США. Обратите внимание на размер экскаваторов в масштабе (на переднем плане слева) и на то, что дно шахты не видно.
Гигантские роторные экскаваторы на угольных шахтах Рейнской области Германии являются одними из крупнейших в мире наземных транспортных средств.

Этот вид добычи отличается от методов добычи, которые требуют прокладки туннелей в земле, таких как разработка длинных стен . Карьеры используются, когда месторождения коммерчески полезной руды или горных пород обнаруживаются вблизи поверхности. Его применяют к руде или горным породам, обнаруженным на поверхности, потому что покрывающая порода относительно тонкая или интересующий материал конструктивно не подходит для проходки туннелей (как в случае с песком, шлаком и гравием). Напротив, полезные ископаемые, которые были обнаружены под землей, но которые трудно извлечь из-за твердых пород, можно получить с помощью подземной добычи. [2]

Чтобы создать карьер, горняки должны определить информацию о руде, которая находится под землей. Это делается путем просверливания отверстий для датчиков в земле, а затем нанесения каждого отверстия на карту. Информация, полученная через отверстия, дает представление о вертикальной протяженности рудного тела. Эта вертикальная информация затем используется для определения примерных местоположений уступов, которые будут располагаться в шахте. [3] Важно учитывать содержание и экономическую ценность руды в потенциальном карьере. [4] Карьеры, которые производят строительные материалы и габаритный камень , обычно называют « карьерами ».

Карьеры обычно расширяются до тех пор, пока минеральные ресурсы не будут исчерпаны, либо увеличение отношения вскрыши к руде сделает дальнейшую добычу нерентабельной. Когда это происходит, отработанные шахты иногда превращают в полигоны для захоронения твердых отходов. Однако обычно требуется какая-то форма контроля воды, чтобы шахта не превратилась в озеро, если шахта расположена в климате значительных осадков или если какие-либо слои карьера образуют продуктивные водоносные горизонты, граничащие с шахтой . В Германии и соседних странах несколько бывших карьеров были намеренно преобразованы в искусственные озера, образующие такие районы, как Лужицкий озерный край , Центрально-немецкий озерный край или озерный край Верхнего Пфальца . Особое беспокойство при образовании этих озер вызывает дренаж кислых шахт .

Добыча полезных ископаемых открытым способом считается одной из самых опасных отраслей в промышленном мире. Это наносит значительный ущерб здоровью шахтеров, а также наносит ущерб окружающей среде. Открытые разработки вызывают изменения в растительности, почве и коренных породах, что в конечном итоге способствует изменениям гидрологии поверхности, уровня грунтовых вод и путей потока. [5] Кроме того, открытый карьер производит вредные загрязнители в зависимости от типа добываемого минерала и типа используемого процесса добычи.

Refer to caption.
Обратите внимание на наклонные и ступенчатые стороны золотого рудника Санрайз Дам , Австралия.
"> File:Tagebau Garzweiler bei Otzerath Schaufelradbagger Januar2008.ogvВоспроизвести медиа
Тяжелая техника добывает бурый уголь на карьере Гарцвайлер в Германии в 2008 году.

Карьеры вырыты на скамейки , которые описывают вертикальные уровни отверстия. Интервал уступов зависит от разрабатываемого месторождения, добываемого минерала и размера используемого оборудования. Обычно большие уступы шахт имеют толщину от 12 до 15 метров. [6] [7] Напротив, многие карьеры не используют уступы, поскольку они обычно неглубокие. [8] Добыча может проводиться одновременно на нескольких уступах, а доступ к разным уступам осуществляется с помощью системы пандусов. Ширина каждой скамьи определяется размером используемого оборудования, обычно 20-40 метров в ширину. [9] Нисходящие пандусы созданы, чтобы позволить начать добычу на новом уровне. Этот новый уровень будет постепенно расширяться, образуя новое дно карьера. [10]

Большинство стен карьера обычно разрабатываются под углом меньше вертикального. Когда котлован становится глубже, пустая порода удаляется, поэтому этот угол является мерой безопасности, чтобы предотвратить и минимизировать ущерб и опасность от камнепадов. Однако это зависит от степени выветривания и эрозии пород, а также от типа вовлеченных пород. Это также зависит от количества структурных недостатков происходят в пределах пород, такие как разломы , ножницы , суставы или слоения .

Стены ступенчатые. Наклонная часть стены известна как тесто, а плоская часть ступени известна как скамья или уступ. Ступеньки в стенах помогают предотвратить продолжающееся падение камней по всей поверхности стены. В некоторых случаях требуется дополнительная наземная опора и используются анкерные болты , тросовые болты и торкретбетон . Отверстия для обезвоживания могут использоваться для снижения давления воды путем горизонтального просверливания стены, чего часто бывает достаточно, чтобы вызвать разрушение стены само по себе. [11]

Подъездная дорога обычно проходит сбоку от карьера, образуя пандус, по которому могут проехать грузовики , перевозящие руду и пустую породу. [12]

В открытых карьерах образуется значительное количество отходов. Почти один миллион тонн руды и пустой породы может перемещаться из крупнейших шахт в день, и пара тысяч тонн перемещается из небольших шахт в день. [13] Обычно существует четыре основных операции в шахте, которые влияют на эту нагрузку: бурение , взрывные работы, погрузка и транспортировка .

Пустая порода вывозится на свалку. Отвалы могут складываться на поверхности действующего карьера или в ранее разработанных карьерах.

Остаточные отходы переработки руды называются хвостами и обычно находятся в виде суспензии . Его перекачивают в хвостохранилище или отстойник, где вода повторно используется или испаряется. Хвостохранилища могут быть токсичными из-за присутствия неизвлеченных сульфидных минералов , некоторых форм токсичных минералов в пустой породе и часто цианида, который используется для обработки золотой руды посредством процесса цианидного выщелачивания . Без надлежащей защиты окружающей среды эта токсичность может нанести вред окружающей среде. [14]

Открытая разработка месторождений включает в себя процесс разрушения почвы, что приводит к образованию загрязняющих веществ в воздухе. Основным источником загрязнителей воздуха является транспортировка полезных ископаемых, но существуют и другие факторы, включая бурение, взрывные работы, погрузку и разгрузку вскрышных пород. [15] Эти типы загрязнителей не только ухудшают качество воздуха, но и наносят значительный ущерб здоровью и безопасности населения. Вдыхание этих загрязнителей может вызвать проблемы с легкими и в конечном итоге увеличить смертность. [16] Кроме того, загрязняющие вещества влияют на флору и фауну в районах, прилегающих к карьерам.

Открытая добыча золота представляет собой одну из самых серьезных потенциальных угроз для окружающей среды, поскольку она влияет на химический состав воздуха и воды. Открытая пыль может быть токсичной или радиоактивной, что делает ее опасной для здоровья рабочих и окружающих. [17]

Карьеры, работающие в районах с тяжелыми грунтовыми водами, могут в конечном итоге столкнуться с проблемами, связанными с гидрологией. Это включает в себя вспучивание и разрыв основания шахты из-за чрезмерного подъемного давления. Необходимо установить систему контроля грунтовых вод, чтобы устранить проблемы, вызванные гидрологией. Формирование подходящей конструкции откоса карьера меняется на протяжении всего срока эксплуатации рудника. Он основан главным образом на постоянно растущем понимании условий горных массивов. Это включает в себя грунтовые воды и связанные с ними нагрузки, которые могут действовать в пределах склонов. Снижение уровня грунтовых вод, связанное с поровым давлением, является важным аспектом при определении возможности выполнения инженерно-геологического проектирования откосов карьера. Системы контроля грунтовых вод, которые включают колодцы для осушения и сброса давления, также могут иметь большое влияние на местные грунтовые воды. Из-за этого требуется версия системы управления, основанная на оптимизации, чтобы гарантировать, что местные и региональные гидрогеологические воздействия находятся в допустимых пределах. [18]

Сброс давления в карьерах - это процесс снятия напряжения или давления с разных участков шахты. Сброс давления помогает сделать карьеры более стабильными и безопасными. При использовании интегрированной программы разгерметизации откосов карьера вероятность того, что планы горных работ могут быть выполнены, и при приемлемом уровне риска резко возрастет. [19] [20] Сброс давления позволяет значительно расширить шахту и продлить срок ее службы на 10-15 лет. Одним из методов разгерметизации является отжиг. Отжиг - это медленный нагрев и охлаждение металла, сплава или стекла. Это медленное нагревание и охлаждение снимает внутреннее напряжение с окружающих участков. Отжиг повысит обрабатываемость и долговечность материала, что в целом повысит безопасность карьера. [21] Когда давление грунтовых вод вызывает проблемы в карьерах, горизонтальные дренажные системы используются для ускорения процесса разгерметизации откосов. Это помогает предотвратить крупномасштабное разрушение откосов в шахте. Горизонтальные дренажи используются для снижения порового давления за счет уменьшения напора грунтовых вод, что повышает устойчивость откосов. [22]

Форма разработки карьеров может осуществляться как «вскрытие». Это делается там, где предыдущая подземная шахта становится нерентабельной или изношенной, но по-прежнему оставляет ценные породы на месте, часто в результате шахтных выработок и колонн . Отключение удаляет покрывающую толщу сверху, открывает шахту сверху, а затем позволяет добыть ранее «захваченные» минералы.

Раскрытие было характерно для валлийских сланцевых работ в 1930-х и 2000-х годах, когда Мартин Уильямс-Эллис, менеджер Llechwedd, обнаружил, что более ранние викторианские разработки можно было сохранить прибыльными с помощью новых механизированных методов земляных работ для извлечения столбов, а в последнее время - через количество отработанных шахт. [23]

A reclaimed area next to an active mine is now grassy hills.
Loadout станция и мелиорированных земель на Северо Антилопа сегнетовой карьерах угля шахты, в штате Вайоминг , США .

После окончания горных работ на территории шахты может быть проведена реабилитация земель . Отвалы для отходов имеют форму, чтобы их выровнять и стабилизировать. Если руда содержит сульфиды, ее обычно покрывают слоем глины, чтобы предотвратить доступ дождя и кислорода из воздуха, который может окислять сульфиды с образованием серной кислоты , явление, известное как кислотный дренаж шахты . [24] Затем его обычно засыпают почвой и высаживают растительность, чтобы укрепить материал. В конце концов, этот слой разрушится, но обычно есть надежда, что скорость выщелачивания или кислоты будет замедлена покрытием, так что окружающая среда сможет выдержать нагрузку кислоты и связанных тяжелых металлов. [25] Нет никаких долгосрочных исследований успеха этих покрытий из-за относительно короткого времени, в течение которого существовала крупномасштабная разработка открытых карьеров. Некоторым свалкам может потребоваться от сотен до тысяч лет, чтобы они стали «кислотно-нейтральными» и прекратили выщелачивание в окружающую среду. Свалки обычно огорожены, чтобы домашний скот не лишил их растительности. Затем карьер окружают забором , чтобы предотвратить доступ, и, как правило, в конечном итоге он заполняется грунтовыми водами . В засушливых районах он может не заполняться из-за глубокого уровня грунтовых вод. [26] Вместо того, чтобы вернуть землю в ее прежнее естественное состояние, ее также можно использовать повторно, превратив ее в парки отдыха или даже жилые / смешанные сообщества. [27] В Германии, крупнейшем в мире производителе бурого угля (в настоящее время практически весь его добывается открытым способом), бывшие шахты обычно превращаются в искусственные озера . Чтобы смягчить упомянутую выше проблему кислотного дренажа шахт, затопление часто проводится водой из близлежащих рек, а не только грунтовыми водами. В некоторых случаях в воду необходимо добавлять оксид кальция или другие основные химические вещества, чтобы нейтрализовать значение pH .

Серный рудник открытого типа в Тарнобжеге , Польша, проходит реконструкцию земель.

Золото, как правило, добывается открытым способом в количестве от 1 до 5 частей на миллион, но в некоторых случаях экономически выгодно 0,75 частей на миллион. Это было достигнуто путем кучного выщелачивания на руднике Пик-Хилл в западной части Нового Южного Уэльса , недалеко от Даббо , Австралия . [28]

Никель , как правило, в виде латерита, добывается открытым способом до 0,2%. Медь может быть извлечена с содержанием от 0,11% до 0,2%.

Материалы, обычно добываемые в открытых карьерах, включают:

  • Битум
  • Глина
  • Каменный уголь
  • Медь
  • Ракушечник
  • Хромит
  • Бриллианты
  • Гравий и камень
  • Гранит
  • Песчаник
  • Гипс
  • Известняк
  • Мрамор
  • Металлические руды , такие как медь , железо , золото , серебро и молибден.
  • Фосфат
  • Уран

Открытые разработки - это распространенный метод добычи полезных ископаемых и проб с Земли. Благодаря своей рентабельности этот метод очень популярен и используется во всем мире. В список включены десять крупнейших карьеров в мире. [29]

  • 1. Рудник Бингем-Каньон - Юта
  • 2. Рудник «Мир» - Восточная Сибирь, Россия
  • 3. Золотой рудник Супер Ям - Австралия
  • 4. Большая дыра - Южная Африка.
  • 5. Алмазный рудник Дьявик - Канада
  • 6. Железный рудник Халл – Ржавчина – Махонинг - Миннесота
  • 7. Шахта Грасберг - Индонезия
  • 8. Чукикамата - Чили
  • 9. Трубка Удачная - Сибирь, Россия.
  • 10. Эскондида - Чили

  • Кустарная добыча
  • Проблема закрытия применяется к карьерам для оптимальной добычи (не связана с закрытием шахты)
  • Вырезать (землеройные)
  • Список карьеров
  • Траншея
  • Туннелирование

  1. ^ Серафини, Паула. «Аргентинская борьба с« мегамайнингом » » . Разговор . Проверено 22 апреля 2021 .
  2. ^ Прочтите «Эволюционные и революционные технологии для добычи полезных ископаемых» на NAP.edu .
  3. ^ «Горное дело» . Британская энциклопедия . Проверено 1 апреля 2019 .
  4. ^ «Горное дело» . Британская энциклопедия . Проверено 1 апреля 2019 .
  5. ^ Чен, Цзяньпин; Нравиться; Чанг, Го-Джен; София, Джулия; Таролли, Паоло (01.10.2015). «Характеристика геоморфологических особенностей открытых горных работ». Международный журнал прикладных наблюдений за Землей и геоинформации . 42 : 76–86. DOI : 10.1016 / j.jag.2015.05.001 . ISSN  0303-2434 .
  6. ^ «Горное дело» . Британская энциклопедия . Проверено 1 апреля 2019 .
  7. ^ Марк А. Прелас; Галина Поповичи; Луи К. Бигелоу (23 сентября 1997 г.). Справочник промышленных алмазов и алмазных пленок. CRC Press. С. 496–. ISBN  978-0-8247-9994-6 .
  8. ^ Марк А. Прелас; Галина Поповичи; Луи К. Бигелоу (23 сентября 1997 г.). Справочник промышленных алмазов и алмазных пленок. CRC Press. С. 496–. ISBN  978-0-8247-9994-6 .
  9. ^ «Горное дело» . Британская энциклопедия . Проверено 1 апреля 2019 .
  10. ^ «Горное дело» . Британская энциклопедия . Проверено 1 апреля 2019 .
  11. ↑ Сообщество горных инженеров «Открытый карьер» (2000), по состоянию на 19 декабря 2011 г.
  12. ^ GE Blight; AB Fourie; Г. Р. Уордл (1 января 1999 г.). Геотехника для развития Африки: Материалы 12-й региональной конференции для Африки по механике почв и инженерно-геологическому проектированию, Дурбан, Южная Африка, 25–27 октября 1999 г. CRC Press. С. 49–. ISBN  978-90-5809-082-9 .
  13. ^ «Горное дело» . Британская энциклопедия . Проверено 1 апреля 2019 .
  14. ^ «Отходы горных работ» Европейской комиссии по окружающей среде (17 ноября 2011 г.), по состоянию на 19 декабря 2011 г.
  15. ^ Huertas, José I .; Уэртас, Мария Э .; Искьердо, Себастьян; Гонсалес, Энрике Д. (январь 2012 г.). «Оценка воздействия на качество воздуха на нескольких угольных разрезах на севере Колумбии». Журнал экологического менеджмента . 93 (1): 121–129. DOI : 10.1016 / j.jenvman.2011.08.007 . PMID  22054578 .
  16. ^ Huertas, José I .; Уэртас, Мария Э .; Искьердо, Себастьян; Гонсалес, Энрике Д. (январь 2012 г.). «Оценка воздействия на качество воздуха на нескольких угольных разрезах на севере Колумбии». Журнал экологического менеджмента . 93 (1): 121–129. DOI : 10.1016 / j.jenvman.2011.08.007 . PMID  22054578 .
  17. ^ Абдул-Вахаб, Сабах; Марикар, Фузул (01.01.2012). «Воздействие золотых приисков на окружающую среду: загрязнение тяжелыми металлами». Открытая инженерия . 2 (2). DOI : 10,2478 / s13531-011-0052-3 . ISSN  2391-5439 .
  18. ^ Саймон Лич; Мэттью МакГанн (2008). «Сброс давления на откосе карьера с использованием горизонтальных водостоков - пример из практики». Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
  19. ^ Саймон Лич; Мэттью МакГанн (2008). «Сброс давления на откосе карьера с использованием горизонтальных водостоков - пример из практики». Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
  20. ^ Стивен П. Уайт; Эшли Л. Крейтон; Пол Ф. Биксли; Уорвик М. Кисслинг (август 2004 г.). «Моделирование обезвоживания и разгерметизации золотого рудника Лихир, Папуа-Новая Гвинея». Геотермия . 33 (4): 443–456.
  21. ^ С. Мохан; П.К. Сриджит; СК Прамада (1 июля 2007 г.). «Оптимизация системы разгерметизации карьера с использованием технологии имитационного отжига». Гидротехника . 133 (7).
  22. ^ Саймон Лич; Мэттью МакГанн (2008). «Сброс давления на откосе карьера с использованием горизонтальных водостоков - пример из практики». Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
  23. ^ «Владельцы карьеров - валлийские и английские предприниматели» . Сланцевый сайт .
  24. ^ Уолтер Геллер; Гельмут Клаппер; Вим Саломонс (6 декабря 2012 г.). Кислотные горные озера: осушение кислотных рудников, лимнология и мелиорация. Springer Science & Business Media. ISBN  978-3-642-71954-7 .
  25. ^ Васудеван Раджарам; Субиджой Датта; Кришна Парамешваран (30 июня 2005 г.). Устойчивая практика добычи полезных ископаемых: глобальная перспектива. CRC Press. С. 207–. ISBN  978-1-4398-3423-7 .
  26. ^ «ШАХТА РЕАБИЛИТАЦИИ» Департамент горнорудной промышленности и нефти (октябрь 2006 г.) доступ19 декабря 2011
  27. ^ "Mines2Cities" Архивировано 19 сентября 2016 г. на Wayback Machine Проект Mines2Cities (апрель 2016 г.), по состоянию на 19 апреля 2016 г.
  28. ^ "Peak Hill Gold Mine" Основные металлические рудники, месторождения и проекты (2010 г.), по состоянию на 19 декабря 2011 г.
  29. ^ Mining Global (9 сентября 2015 г.). «Топ-10 крупнейших карьеров в мире» .

  • Самые большие, самые глубокие и самые смертоносные шахты в мире
  • Самые глубокие карьеры