Горное дело в инженерной дисциплине – это добыча полезных ископаемых из земли. Горное дело связано со многими другими дисциплинами, такими как переработка полезных ископаемых , разведка, раскопки, геология , металлургия , геотехническая инженерия и геодезия . Горный инженер может управлять любым этапом горных работ, от разведки и открытия минеральных ресурсов, технико-экономического обоснования , проектирования шахты, разработки планов, производства и операций до закрытия шахты . [ не проверено в теле ]
С доисторических времен и до наших дней горное дело играло значительную роль в существовании рода человеческого. С самого начала цивилизации люди использовали камень и керамику , а позже и металлы , найденные на поверхности Земли или вблизи нее . Они использовались для производства ранних инструментов и оружия . Например, высококачественный кремень , найденный на севере Франции и юге Англии, использовался для поджога и разрушения камней. [1] Кремневые рудники были обнаружены в меловых районах, где за швами камня следовали под землей шахты и галереи. Самая старая известная шахта в археологических записях — «Львиная пещера» в Эсватини . На этом месте, возраст которого, по данным радиоуглеродного датирования , составляет около 43 000 лет, палеолитические люди добывали минерал гематит , который содержал железо и измельчался для получения красного пигмента охры . [2] [3]
Древние римляне были новаторами горного дела. Они разработали крупномасштабные методы добычи полезных ископаемых, такие как использование больших объемов воды, доставляемой к вершине шахты по акведукам, для гидравлической добычи . Затем обнаженную скалу подвергли поджогу , при котором огонь использовался для нагрева камня, который затем гасился потоком воды. Термический удар расколол камень, что позволило его удалить. В некоторых шахтах римляне использовали машины с водяным приводом, такие как водяные колеса с обратным ходом . Они широко использовались на медных рудниках Рио-Тинто в Испании, где одна последовательность состояла из 16 таких колес, расположенных попарно, поднимающих воду на высоту около 80 футов (24 м). [4]
Черный порох был впервые использован в горнодобывающей промышленности в Банской Штьявнице , Королевство Венгрия (современная Словакия ) в 1627 году. [5] Это позволило взрывным работам в горных породах и земле разрыхлить и выявить рудные жилы, что было намного быстрее, чем поджог. Промышленная революция привела к дальнейшему развитию горнодобывающих технологий, включая усовершенствованные взрывчатые вещества и паровые насосы, подъемники и буры.
Чтобы стать аккредитованным горным инженером, необходимо иметь высшее или высшее образование. Обучение включает степень бакалавра инженерных наук (B.Eng. или BE), бакалавра наук (B.Sc. или BS), бакалавра технологий (B.Tech.) или бакалавра прикладных наук (BASc.) в области горного дела. В зависимости от страны и юрисдикции для получения лицензии горного инженера может потребоваться степень магистра технических наук (M.Eng.), магистра наук (M.Sc или MS) или магистра прикладных наук (MASc.).
Некоторые горные инженеры, которые пришли из других дисциплин, в основном из инженерных областей (например, механики, гражданского строительства, электротехники, геоматики или экологической инженерии) или из областей науки (например, геологии, геофизики, физики, геоматики, наук о Земле или математики), обычно получают ученую степень, например M.Eng, MS, M.Sc. или MASc. в горном машиностроении после окончания другой количественной программы бакалавриата .
К фундаментальным предметам горного дела обычно относятся:
В Соединенных Штатах около 14 университетов предлагают степень бакалавра в области горного дела и минерального машиностроения. Университеты с самым высоким рейтингом [ по мнению кого? ] включают Университет Западной Вирджинии , Школу горного дела и технологий Южной Дакоты , Технологический институт Вирджинии , Университет Кентукки , Университет Аризоны , Технологический институт Монтаны и Горную школу Колорадо . [6] Большинство этих университетов предлагают степень магистра и доктора философии. градусов.
В Канаде существует 19 программ бакалавриата в области горного дела или аналогичных программ. [7] Инженерный факультет Университета Макгилла предлагает степени бакалавра (бакалавр, бакалавр технических наук) и магистратуры (магистр, доктор философии) в области горного дела. [8] [9] и Университет Британской Колумбии в Ванкувере предлагает степень бакалавра прикладных наук (BASc.) в области горного дела [10] , а также ученые степени (MASc. или M.Eng и Ph.D.) в области горного дела. . [11] [ продвижение по службе? ]
В Европе большинство программ объединяются (бакалавр плюс магистратура в одну) после Болонского процесса и занимают пять лет. В Португалии Университет Порту предлагает степень магистра инженерных наук. в области горного дела и геоэкологической инженерии [12] , а в Испании Технический университет Мадрида предлагает степени в области горного дела со специальностями в области горной технологии, горных работ, топлива и взрывчатых веществ, металлургии. [13] В Соединенном Королевстве Кемборнская горная школа предлагает широкий выбор степеней BEng и MEng в области горного машиностроения и других дисциплин, связанных с горным делом. Это делается через Университет Эксетера . [14] В Румынии Университет Петрошани (ранее известный как Горный институт Петрошани или реже как Институт угля Петрошани ) является единственным университетом, который предлагает степень в области горного дела, маркшейдерского дела или строительства подземных горных работ, хотя, после закрытия угольных шахт в долине Цзю эти степени потеряли интерес для большинства выпускников средних школ. [15]
В Южной Африке ведущие учебные заведения включают Университет Претории, предлагающий 4-летний курс бакалавриата инженерных наук (бакалавр горного дела), а также аспирантуру в различных областях специализации, таких как горная инженерия и численное моделирование, инженерия взрывчатых веществ, вентиляционная техника, подземные методы разработки и проектирование шахт; [16] и Университет Витватерсранда , предлагающий 4-летнюю программу бакалавриата инженерных наук (B.Sc.(Eng.)) в области горного дела [17], а также программы последипломного образования (M.Sc.(Eng.) и Кандидат технических наук) по горному делу. [18]
Некоторые горные инженеры продолжают обучение по программам докторантуры , например, доктора философии (Ph.D, DPhil), доктора технических наук (D.Eng., Eng.D.). Эти программы включают в себя значительный оригинальный исследовательский компонент и обычно рассматриваются как отправная точка в академические круги .
В Российской Федерации 85 вузов во всех федеральных округах готовят специалистов для минерально-сырьевой отрасли. 36 вузов готовят специалистов для добычи и переработки твердых полезных ископаемых (горное дело). 49 готовят специалистов по добыче, первичной переработке и транспортировке жидких и газообразных полезных ископаемых (нефти и газа). 37 готовят специалистов для геологоразведки (прикладная геология, геологоразведка). Среди вузов, готовящих специалистов для минерально-сырьевой отрасли, 7 являются федеральными университетами, 13 – национальными исследовательскими университетами России. [19] Подготовка кадров для минерально-сырьевой отрасли в российских вузах в настоящее время осуществляется по следующим основным специальностям подготовки (специалист): «Прикладная геология» с присвоением квалификации горного инженера (5 лет обучения); «Геологоразведка» с квалификацией горный инженер (5 лет обучения); «Горное дело» с квалификацией горный инженер (5,5 лет обучения); «Физические процессы в горном деле или нефтегазодобыче» с квалификацией горный инженер (5,5 лет обучения); «Нефтегазовая техника и технологии» с квалификацией горный инженер (5,5 лет обучения). Вузы разрабатывают и реализуют основные профессиональные образовательные программы высшего образования по направлениям и специализациям подготовки путем формирования своего профиля (наименования программы). Например, в рамках специализации «Горное дело» вузы часто придерживаются классических названий программ «Открытая добыча полезных ископаемых», «Подземная разработка месторождений полезных ископаемых», «Маркейдерское дело», «Обогащение полезных ископаемых», «Горные машины». «, «Технологическая безопасность и горноспасание», «Шахтное и подземное строительство», «Взрывные работы», «Электрификация горнодобывающей промышленности» и др. В последние десять лет под влиянием различных факторов появились новые названия программ. стали появляться такие, как: «Горно-геологические информационные системы», «Горная экология» и др. Таким образом, университеты, используя свою свободу формирования новых программ подготовки специалистов, могут заглянуть в будущее и попытаться предвидеть новые профессии горного дела. инженеры. После получения степени специалиста можно сразу поступить в аспирантуру (аналог докторантуры , четыре года обучения). [19]
Заработная плата горняков обычно определяется требуемым уровнем квалификации, должностью и типом организации, в которой работает инженер. [ нужна цитата ]
Горные инженеры в Индии получают относительно высокие зарплаты по сравнению со многими другими профессиями, [20] со средней зарплатой 15 250 долларов США [ актуально? ] . Однако по сравнению с зарплатами горных инженеров в других регионах, таких как Канада, США, Австралия и Великобритания, зарплаты в Индии низкие. В Соединенных Штатах насчитывается около 6150 горных инженеров со средней годовой заработной платой 103 710 долларов США. [21]
Поскольку для добычи полезных ископаемых требуются значительные капитальные затраты, обычно проводится ряд предварительных мероприятий, чтобы оценить, будет ли операция по добыче целесообразна.
Разведка полезных ископаемых — это процесс обнаружения полезных ископаемых и оценки их концентрации (сорта) и количества (тоннажа) с целью определить, являются ли они коммерчески выгодными рудами для добычи полезных ископаемых . Разведка полезных ископаемых является гораздо более интенсивным, организованным, вовлеченным и профессиональным процессом, чем разведка полезных ископаемых , хотя при этом часто используются услуги по разведке, привлекая геологов и маркшейдеров к необходимому предварительному технико-экономическому обоснованию возможных операций по добыче полезных ископаемых. Разведка полезных ископаемых и оценка запасов могут определить условия рентабельности и определить форму и тип необходимой добычи. [ нужна цитата ]
Открытие полезных ископаемых может быть сделано на основе исследования карт полезных ископаемых, академических геологических отчетов или правительственных геологических отчетов. Другие источники информации включают анализы недвижимости и местные слухи. Исследования полезных ископаемых обычно включают отбор проб и анализ отложений, почвы и кернов бурения. Отбор проб и анализ почвы — один из самых популярных инструментов разведки полезных ископаемых. [22] [23] Другие распространенные инструменты включают спутниковые и аэрофотосъемки или воздушную геофизику, включая магнитометрические и гамма-спектрометрические карты. [24] Если разведка полезных ископаемых не ведется на государственной собственности, владельцы собственности могут играть значительную роль в процессе разведки и могут быть первооткрывателями месторождения полезных ископаемых. [25]
После обнаружения перспективного полезного ископаемого горный геолог и инженер определяют свойства руды. Это может включать химический анализ руды для определения состава образца. После того, как минеральные свойства определены, следующим шагом является определение количества руды. Это включает в себя определение размера месторождения и чистоты руды. [26] Геолог бурит дополнительные образцы керна, чтобы определить границы месторождения или пласта и оценить количество присутствующего ценного материала.
После того, как идентификация полезных ископаемых и объем запасов будут обоснованно определены, следующим шагом будет определение возможности извлечения месторождения полезных ископаемых. Предварительное обследование вскоре после открытия месторождения изучает рыночные условия, такие как спрос и предложение на минерал, количество руды, которое необходимо перевезти для добычи определенного количества этого минерала, а также анализ затрат, связанных с добычей этого минерала. операция. Это предварительное технико-экономическое обоснование определяет, будет ли горнодобывающий проект прибыльным; в этом случае проводится более углубленный анализ месторождения. После того, как полная протяженность рудного тела известна и исследована инженерами, в технико-экономическом обосновании исследуются стоимость первоначальных капитальных вложений, методы добычи, стоимость эксплуатации, предполагаемый период времени для окупаемости инвестиций, валовая прибыль. доход и чистая прибыль , любая возможная цена перепродажи земли, общий срок службы резерва, полная стоимость счета, инвестиции в будущие проекты, а также владелец недвижимости или договор с владельцами. Кроме того, учитываются воздействие на окружающую среду, рекультивация , возможные правовые последствия и все государственные разрешения. [27] [28] Эти этапы анализа определяют, следует ли горнодобывающей компании и ее инвесторам продолжать добычу полезных ископаемых или следует отказаться от проекта. Горнодобывающая компания может принять решение продать права на запас третьей стороне, а не разрабатывать его самостоятельно. Альтернативно, решение о продолжении добычи может быть отложено на неопределенный срок до тех пор, пока рыночные условия не станут благоприятными.
Горные инженеры, работающие на уже существующем руднике, могут работать инженерами по совершенствованию производства, дальнейшей разведке полезных ископаемых и капитализации операций, определяя, где в руднике добавить оборудование и персонал. Инженер также может работать в сфере надзора и управления или продавцом оборудования и полезных ископаемых. Помимо проектирования и эксплуатации, горный инженер может работать менеджером по охране окружающей среды, здоровья и безопасности или инженером-конструктором.
Добыча полезных ископаемых требует различных методов добычи в зависимости от минералогии , геологии и местоположения ресурсов. Такие характеристики, как твердость минерала , его расслоение и доступ к этому минералу, будут определять метод добычи.
Как правило, добыча ведется либо с поверхности, либо под землей. Добыча полезных ископаемых также может осуществляться наземными и тайными операциями на одном и том же резерве. Горнодобывающая деятельность зависит от того, какой метод используется для извлечения минерала.
Открытая добыча полезных ископаемых составляет 90% мировой добычи полезных ископаемых. Открытая добыча полезных ископаемых, также называемая открытой добычей , удаляет полезные ископаемые из пластов вблизи поверхности. Извлечение руды осуществляется путем удаления материалов из земли в ее естественном состоянии. Открытая добыча полезных ископаемых часто изменяет характеристики, форму, топографию и геологический состав земли .
Открытая добыча полезных ископаемых включает добычу полезных ископаемых с помощью оборудования для резки, раскалывания и разрушения. Взрывчатые вещества обычно используются для облегчения разрушения. Твердые породы, такие как известняк, песок, гравий и сланец, обычно добываются в карьерах для изготовления уступов.
С помощью механических экскаваторов, гусеничных бульдозеров и фронтальных погрузчиков добыча полезных ископаемых ведется на более мягких полезных ископаемых, таких как глины и удалены фосфаты. Таким же способом можно отработать и более гладкие угольные пласты.
При россыпной добыче драговая добыча также может извлекать полезные ископаемые со дна озер, рек, ручьев и даже океана. Кроме того, добыча на месте может вестись с поверхности, используя растворители на рудном теле и извлекая руду насосом. Затем перекачиваемый материал подвергается выщелачиванию для дальнейшей переработки. Гидравлическая добыча используется в виде струй воды для вымывания вскрышных пород или самой руды. [29]
Юридическое внимание к здоровью и безопасности в горнодобывающей промышленности началось в конце 19 века. В 20 веке он перешел к всеобъемлющей и строгой кодификации правоприменения и обязательным нормам в области охраны труда и техники безопасности. В какой бы должности горный инженер ни был, он должен соблюдать все законы по безопасности на шахтах.
Конгресс США, приняв Федеральный закон о безопасности и гигиене труда на шахтах 1977 года , известный как Закон о шахтерах, создал Управление по безопасности и гигиене труда на шахтах (MSHA) при Министерстве труда США . Закон предоставляет шахтерам права против преследований за сообщения о нарушениях, консолидирует регулирование угольных шахт с металлическими и неметаллическими рудниками, а также создает независимую Федеральную комиссию по проверке безопасности и гигиены труда на шахтах для рассмотрения нарушений, о которых сообщается в MSHA. [31]
Закон, закрепленный в § 30 Кодекса федеральных правил (CFR § 30), распространяется на всех горняков на действующей шахте. Когда горный инженер работает на действующей шахте, на него распространяются те же права, нарушения, обязательные правила охраны труда и техники безопасности, а также обязательное обучение, что и на любого другого рабочего на шахте. Горный инженер по закону может быть идентифицирован как «шахтер». [32]
Закон устанавливает права шахтеров. Шахтер может в любое время сообщить об опасной ситуации и запросить проверку. Горняки могут выбрать представителя горняков для участия во время проверки, прединспекционного совещания и послеинспекционной конференции. Шахтерам и их представителям выплачивается оплата за время, потраченное во время всех проверок и расследований. [33]
Отходы и нерентабельные материалы, образующиеся в процессе добычи полезных ископаемых, являются основным источником загрязнения вблизи шахт. Горнодобывающая деятельность по своей природе вызывает нарушение природной среды , в которой и вокруг которой расположены полезные ископаемые . Поэтому горные инженеры должны заботиться не только о добыче и переработке минерального сырья , но и о смягчении ущерба окружающей среде как во время, так и после добычи полезных ископаемых в результате изменения района добычи полезных ископаемых.
В эту статью включен текст Петрова В.Л., доступный по лицензии CC BY 4.0.
