Реферат: Геоэкологические проблемы разработки карьеров полезных ископаемых
Рисунок 1 - В забое угольной шахты
2 Добыча полезных ископаемых
Процесс извлечения твёрдых, жидких и газообразных полезных ископаемых из недр Земли с помощью технических средств. В процессе добычи извлекают ценные компоненты в относительно чистом виде, например нефть, газ, уголь, драгоценные и поделочные камни и т. п., или в виде горной массы, например руды металлов, которые в дальнейшем подвергаются переработке. Добычу ведут на суше – в шахтах, карьерах, из буровых скважин; на морских акваториях – из буровых скважин, драгами и специальными подводными аппаратами, собирающими полезные ископаемые со дна. Некоторые полезные ископаемые, напр. самородную серу, каменную соль, уголь, добывают в шахтах и карьерах, а также скважинным способом, переводя их в газообразное или жидкое состояние. На карьерах добывается до 90 % бурых и 20 % каменных углей, 70 % руд металлов, 95 % нерудных полезных ископаемых. Наряду с добычей газа скважинами разрабатывают месторождения нефти под землёй. Выбор способа зависит от особенностей залегания полезных ископаемых в месторождении, определяется экономическими расчётами. Ежегодные объёмы добычи полезных ископаемых в мире составляют около 20 млрд. т (в т. ч. неметаллических ископаемых – 13 млрд. т, нефти – около 3 млрд. т), газообразных – 1.5 трлн. м3 . Рост добычи обеспечивается за счёт открытия новых месторождений, вовлечения в эксплуатацию месторождений глубокого заложения, применения способов обогащения руд с низким содержанием полезного компонента.
2.1 Способы добычи полезных ископаемых
Полезным ископаемым называют природное минеральное образование органического или неорганического происхождения, которое может быть использовано человеком с достаточным эффектом. Полезные ископаемые добывают из недр, природных вод и на поверхности Земли.
Добыча полезных ископаемых - извлечение его из земной коры или гидросферы с целью использования. В более узком понимании термин добыча применяют для определения количества полезного ископаемого, добытого в определенный промежуток времени.
Существуют следующие способы добычи полезных ископаемых: подземный, открытый, со дна озер, морей и океанов и геотехнологический.
При подземном способе отделение полезного ископаемого от массива производят в недрах Земли, а затем его транспортируют на поверхность по системе горных выработок - искусственных полостей определенной формы, создаваемых в земной коре с определенной целью. Горные выработки служат для разведки, добычи полезных ископаемых и строительства подземных сооружений (метрополитена, автомобильных дорог или железнодорожных туннелей, подземных хранилищ и др.).
Открытый способ добычи характеризуется тем, что отделение полезного ископаемого от горного массива и его дальнейшую транспортировку осуществляют на поверхности Земли. При открытом способе горные выработки бывают подземными и наземными.
Добычу полезных ископаемых со дна озер, морей и океанов осуществляют в основном в пределах континентального шельфа и ложа мирового океана. Добычу производят как через водную толщу с применением механизированных баз, оснащенных черпаковыми элеваторами, земснарядами и грейферными погрузчиками, так и с помощью горных выработок, проводимых с земной поверхности по породам дна водоемов до встречи с полезным ископаемым.
Из полезных ископаемых на россыпях шельфа добывают золото, олово, платину, минералы, содержащие титан, цирконий, железо и др.
Геотехнологический способ предполагает бурение скважин с поверхности или из горных выработок, изменение физического или химического состояния полезного ископаемого в недрах и извлечение его по скважинам на поверхность. Для перевода твердых полезных ископаемых в транспортабельное состояние применяют механическое разрушение, плавление, растворение, химическую и бактериально-химическую обработку. Наибольшее распространение получили следующие геотехнологические способы: подземная выплавка серы, подземное химическое и бактериально-химическое выщелачивание медных, урановых и других руд, подземная газификация угольных пластов. В целом под геотехнологией принято понимать совокупность химических, физико-химических и биохимических процессов, способов и средств добычи полезных ископаемых с изменением их агрегатного или химического состояния в недрах Земли. Объемы применения геотехнологических способов добычи полезных ископаемых пока невелики.
3 Открытая разработка месторождений
Открытая разработка – наиболее дешевый способ, поскольку при этом используется мощное производственное оборудование, позволяющее за смену извлекать большое количество полезного ископаемого. Условия работы при открытой разработке менее опасны для здоровья работающих, причем требуется меньшая численность контролирующего персонала, чем при подземной добыче. В процессе открытой разработки первоначально проводят вскрышные работы, т.е. удаление пустых пород, покрывающих залежь.
Для удаления рыхлых вскрышных масс применяются механизмы, используемые в капитальном строительстве – скреперы, конвейерные погрузчики, механические лопаты, драглайны, многоковшовые роторные экскаваторы и др. Для перемещения пустых пород применяются в основном большегрузные самосвалы, скреперы и ленточные и другие конвейеры, реже – вода, подаваемая под высоким давлением. Если вскрышные породы слишком крепки, то их обрабатывают с помощью тракторов, оснащенных рыхлителями, либо разрушают буровзрывным способом.
Когда залежь или пласт подготовлены к извлечению, выбирается оптимальная система их разработки. Некоторые массивные руды типа знаменитых месторождений меди в каньоне Бингем в штате Юта разрабатываются уступами, которые поступательно подвигаются. Пластовые месторождения (угля, калийных солей и фосфатов) эксплуатируются открытым способом с применением рыхления. На тех карьерах, где для дробления породы требуется проведение буровзрывных работ, при бурении часто используются шнековые или электрические установки или дизельные станки вращательного бурения. Иногда для открытых разработок применяются пневматические устройства типа отбойного молотка или перфоратора, установленные на платформах или на гусеничном шасси. В самых прочных породах наиболее эффективно термическое бурение, при котором для разрушения используется сжигание под давлением нефти или керосина в смеси с кислородом. Термическое бурение достигает температур 3000° С. Взрывные работы при открытой добыче осуществляются с применением порошкообразных взрывчатых веществ (ВВ) или аммиачной селитры. Электрические взрыватели используются чаще, чем обычные детонаторы. Важнейшим фактором при открытых разработках является устойчивость откосов бортов карьера. Если рельеф и свойства горных пород не позволяют осуществить оптимальную выемку с нормальным расположением системы уступов, соответствующим форме рудного тела, то для повышения устойчивости бортов карьера и обеспечения большей крутизны откосов используют тросовые анкеры.
Для погрузки отбитого полезного ископаемого в автомобили или железнодорожные вагоны применяют драглайны или механические лопаты, ковшовые погрузчики с опрокидывающимся назад ковшом. Иногда используются многоковшовые роторные экскаваторы, которые непрерывно перегружают добытый материал на конвейер для перемещения его к пункту погрузки. Производительность крупных роторных экскаваторов достигает 9900 м3/ч.
3.1 Карьер. Основные технологические операции разработки
КАРЬЕР - горное предприятие по добыче полезных ископаемых открытым способом; карьером называется также совокупность выемок в земной коре, образованных при добыче полезных ископаемых открытым способом.
Открытые горные работы известны с эпохи палеолита. Первые крупные карьеры появились в связи со строительством в Древнем Египте пирамид; позднее в античном мире в карьерах в больших масштабах добывался мрамор. Расширение области применения открытого способа разработки при помощи карьеров сдерживалось вплоть до начала 20 века отсутствием производительных машин для выемки и перемещения больших объёмов вскрышных пород. В начале 80-х годов в мире посредством карьеров добывается 95% строительных горных пород, около 70% руд, 90% бурых и 20% каменных углей. Масштабы добычи в карьерах достигают десятков млн. т в год (табл.).
Ведение открытых горных работ на больших глубинах отличается рядом особенностей. Большая специфика характерна и для карьеров, действующих на больших высотах в горах. Карьер представляет собой систему уступов (обычно верхние - породные или вскрышные, нижние - добычные, редко породные), подвигание которых обеспечивает выемку горных масс в контурах карьерного поля.
Рисунок 3.1 - Рельеф, образующийся при открытой разработке месторождений различного типа
Условные обозначения:
Месторождения:
поверхностные высотные
а)пологие площадные, в)крутопадающие наклонные;
б)пологие вытянутые;
Транспортные связи в карьерах обеспечиваются постоянными или скользящими съездами, а с поверхностью - траншеями. В процессе эксплуатации происходит перемещение рабочих уступов, вследствие чего увеличивается выработанное пространство. Посредством вскрышных работ покрывающие породы перемещаются в отвалы, иногда размещаемые в выработанном пространстве, добычные работы обеспечивают выемку и перемещение полезных ископаемых на промышленную площадку для первичной переработки или для отгрузки потребителю. Так формируются основные грузопотоки в карьерах, во многом определяющие его облик и технологические особенности.
При глубине карьера до 100 м с крепкими вмещающими породами в себестоимости 1 м3 вскрыши до 25-30% занимают буровзрывные работы, 12-16%-экскавация, 35-40%-транспорт и 10-15% - отвалообразование; с увеличением глубины карьеров доля расходов на транспорт увеличивается до 60-70%. Современные карьеры - высокомеханизированные предприятия, оснащённые производительными машинами и механизмами для дробления, выемки, транспортирования и складирования горных пород.
Рисунок 3.2 - Сибайский карьер по добыче медноколчеданных руд
