Горное дело в инженерной дисциплине — это добыча полезных ископаемых из земли. Горное дело связано со многими другими дисциплинами, такими как переработка полезных ископаемых , разведка, выемка грунта, геология , металлургия , геотехническая инженерия и изыскания . Горный инженер может управлять любой фазой горных работ, от разведки и открытия полезных ископаемых, через технико-экономическое обоснование , проектирование шахты, разработку планов, производство и операции до закрытия шахты . [ не проверено в тексте ]
С доисторических времен и до наших дней горнодобывающая промышленность играла значительную роль в существовании человеческой расы. С самого начала цивилизации люди использовали камень и керамику , а позднее металлы, найденные на поверхности Земли или близко к ней . Они использовались для изготовления ранних инструментов и оружия . Например, высококачественный кремень , найденный на севере Франции и юге Англии, использовался для поджога и разрушения горных пород. [1] Кремневые рудники были обнаружены в меловых районах, где пласты камня сопровождались подземными шахтами и галереями. 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 минеральный гематит , который содержал железо и измельчался для получения красного пигмента охры . [2] [3]
Древние римляне были новаторами в горном деле. Они разработали крупномасштабные методы добычи, такие как использование больших объемов воды, подаваемой в шахту по акведукам для гидравлической добычи . Затем обнаженная порода подвергалась воздействию поджога , где огонь использовался для нагрева породы, которая затем гасилась потоком воды. Тепловой удар раскалывал породу, что позволяло ее извлечь. В некоторых шахтах римляне использовали гидравлические машины, такие как обратные водяные колеса . Они широко использовались на медных рудниках в Рио-Тинто в Испании, где одна последовательность состояла из 16 таких колес, расположенных попарно, поднимая воду примерно на 80 футов (24 м). [4]
Черный порох впервые был использован в горнодобывающей промышленности в Банской Штьявнице , Королевство Венгрия (ныне Словакия ) в 1627 году. [5] Это позволило взрывать скалу и землю, чтобы разрыхлить и раскрыть рудные жилы, что было намного быстрее, чем поджог. Промышленная революция привела к дальнейшему прогрессу в технологиях добычи, включая улучшенные взрывчатые вещества и паровые насосы, подъемники и буры.
Чтобы стать аккредитованным горным инженером, требуется университетская или колледжная степень. Обучение включает степень бакалавра инженерии (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 инженерии (M.Eng.), магистра наук (M.Sc или MS) или магистра прикладных наук (MASc.).
Некоторые горные инженеры, пришедшие из других дисциплин, в первую очередь из инженерных областей (например, механики, гражданского строительства, электротехники, геоматики или инженерии окружающей среды) или из областей науки (например, геологии, геофизики, физики, геоматики, наук о Земле или математики), обычно получают ученую степень, такую как магистр инженерных наук, магистр наук, магистр наук или магистр наук в области горного дела после окончания другой количественной программы бакалавриата .
К основным предметам изучения горного дела обычно относятся:
В Соединенных Штатах около 14 университетов предлагают степень бакалавра наук в области горного дела и горного дела. В число самых рейтинговых университетов [ по мнению кого? ] входят Университет Западной Вирджинии , Школа горного дела и технологий Южной Дакоты , Технологический институт Вирджинии , Университет Кентукки , Университет Аризоны , Технологический институт Монтаны и Горная школа Колорадо . [6] Большинство этих университетов предлагают степени магистра и доктора наук.
В Канаде существует 19 программ бакалавриата по горному делу или эквивалентных им. [7] Факультет инженерии Университета Макгилла предлагает как бакалавриат (B.Sc., B.Eng.), так и магистратуру (M.Sc., Ph.D.) по горному делу. [8] [9] а Университет Британской Колумбии в Ванкувере предлагает степень бакалавра прикладных наук (BASc.) по горному делу [10] , а также степени магистра (MASc. или M.Eng и Ph.D.) по горному делу. [11] [ продвижение? ]
В Европе большинство программ интегрируются (бакалавр наук плюс магистр наук в одну) после Болонского процесса и занимают пять лет для завершения. 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 с направлениями в области горных технологий, горнодобывающих работ, топлива и взрывчатых веществ, металлургии. [13] В Соединенном Королевстве Камборнская горная школа предлагает широкий выбор степеней BEng и MEng в области горного дела и других дисциплин, связанных с горным делом. Это делается через Университет Эксетера . [14] В Румынии Университет Петрошани (ранее известный как Институт горного дела Петрошани или реже как Институт угля Петрошани ) является единственным университетом, который предлагает степень в области горного дела, маркшейдерии или строительства подземных горных выработок, хотя после закрытия угольных шахт долины Жиу эти степени потеряли интерес для большинства выпускников средних школ. [15]
В Южной Африке ведущими учреждениями являются Университет Претории, предлагающий 4-летнюю степень бакалавра инженерных наук (B.Eng in Mining Engineering), а также аспирантуру в различных областях специализации, таких как горное дело и численное моделирование, взрывчатая промышленность, вентиляция, методы подземной добычи и проектирование шахт; [16] и Университет Витватерсранда, предлагающий 4-летнюю степень бакалавра наук в области инженерии (B.Sc.(Eng.)) по горному делу [17], а также аспирантуру (M.Sc.(Eng.) и Ph.D.) по горному делу. [18]
Некоторые горные инженеры продолжают обучение по программам получения докторской степени, таким как доктор философии (Ph.D., DPhil), доктор инженерии (D.Eng., Eng.D.). Эти программы включают в себя значительный оригинальный исследовательский компонент и обычно рассматриваются как точки входа в академическую среду .
В Российской Федерации подготовку кадров для минерально-сырьевого комплекса осуществляют 85 вузов во всех федеральных округах. 36 вузов готовят специалистов по добыче и переработке твердых полезных ископаемых (горное дело). 49 вузов готовят специалистов по добыче, первичной переработке и транспортировке жидких и газообразных полезных ископаемых (нефть и газ). 37 вузов готовят специалистов по геологоразведочным работам (прикладная геология, геологоразведка). Среди вузов, осуществляющих подготовку специалистов для минерально-сырьевого комплекса, 7 являются федеральными университетами, 13 — национальными исследовательскими университетами России. [19] Подготовка кадров для минерально-сырьевого комплекса в российских вузах в настоящее время осуществляется по следующим основным направлениям подготовки (специалитетам): «Прикладная геология» с квалификацией горный инженер (срок обучения 5 лет); «Геологоразведочное дело» с квалификацией горный инженер (срок обучения 5 лет); «Горное дело» с квалификацией горный инженер (срок обучения 5,5 лет); «Физические процессы в горном деле или добыче нефти и газа» с квалификацией горный инженер (срок обучения 5,5 лет); «Нефтегазовое дело 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, формируя их профиль (наименование программы). Например, в рамках специализации «Горное дело» вузы зачастую придерживаются классических наименований программ «Открытые горные работы», «Подземная разработка месторождений полезных ископаемых», «Маркшейдерское дело», «Обогащение полезных ископаемых», «Горные машины», «Технологическая безопасность и горноспасательное дело», «Шахтное и подземное строительство», «Взрывные работы», «Электрификация горной промышленности» и т. д. В последние десять лет под влиянием различных факторов стали появляться новые наименования программ, такие как: «Горно-геологические информационные системы», «Горная экология» и т. д. Таким образом, вузы, используя свою свободу в формировании новых программ подготовки специалистов, могут смотреть в будущее и пытаться предвидеть новые профессии горных инженеров. После получения степени специалиста можно сразу поступить в аспирантуру (аналог докторантуры , обучение четыре года). [19]
Зарплаты в горнодобывающей промышленности обычно определяются уровнем требуемой квалификации, должностью и типом организации, в которой работает инженер. [ необходима цитата ]
Горные инженеры в Индии получают относительно высокую зарплату по сравнению со многими другими профессиями, [20] со средней зарплатой в $15,250 [ релевантно? ] . Однако по сравнению с зарплатами горных инженеров в других регионах, таких как Канада, США, Австралия и Великобритания, индийские зарплаты низкие. В Соединенных Штатах , по оценкам, работают 6,150 горных инженеров со средней годовой зарплатой в $103,710. [21]
Поскольку горнодобывающие работы требуют значительных капитальных затрат, обычно проводится ряд предварительных мероприятий, чтобы оценить целесообразность горнодобывающих работ.
Разведка полезных ископаемых — это процесс обнаружения полезных ископаемых и оценки их концентраций (сорт) и количества (тоннаж), чтобы определить, являются ли они коммерчески выгодными рудами для добычи . Разведка полезных ископаемых гораздо более интенсивна, организована, вовлечена и профессиональна, чем разведка полезных ископаемых — хотя она часто использует разведку услуг, привлекая геологов и геодезистов к необходимому предварительному исследованию осуществимости возможной горнодобывающей операции. Разведка полезных ископаемых и оценка запасов могут определить условия рентабельности и обосновать форму и тип требуемой добычи. [ необходима цитата ]
Открытие месторождений полезных ископаемых может быть сделано путем исследования минеральных карт, академических геологических отчетов или правительственных геологических отчетов. Другие источники информации включают анализы свойств и местное устное мнение. Исследования полезных ископаемых обычно включают отбор проб и анализ осадков, почвы и кернов. Отбор проб почвы и анализ являются одним из самых популярных инструментов разведки полезных ископаемых. [22] [23] Другие распространенные инструменты включают спутниковые и воздушные съемки или аэрогеофизику, включая магнитометрические и гамма-спектрометрические карты. [24] 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. [25]
После обнаружения перспективного минерала горный геолог и инженер определяют свойства руды. Это может включать химический анализ руды для определения состава образца. После того, как свойства минерала определены, следующим шагом является определение количества руды. Это включает определение масштабов месторождения и чистоты руды. [26] Геолог бурит дополнительные образцы керна, чтобы найти границы месторождения или пласта и оценить количество присутствующего ценного материала.
После того, как идентификация минерала и объем запасов обоснованно определены, следующим шагом является 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 переместить для извлечения определенного количества этого минерала, и анализ затрат, связанных с эксплуатацией. Это предварительное технико-экономическое обоснование определяет, будет ли проект по добыче полезных ископаемых прибыльным; если да, то проводится более глубокий анализ месторождения. После того, как полный объем рудного тела известен и изучен инженерами, в технико-экономическом обосновании изучаются стоимость первоначальных капиталовложений, методы извлечения, стоимость эксплуатации, предполагаемая продолжительность срока окупаемости инвестиций, валовой доход и чистая прибыль , любая возможная цена перепродажи земли, общий срок службы запаса, полная стоимость счета, инвестиции в будущие проекты и владелец собственности или договор с владельцами. Кроме того, учитываются воздействие на окружающую среду, рекультивация , возможные правовые последствия и все правительственные разрешения. [27] [28] Эти этапы анализа определяют, следует ли горнодобывающей компании и ее инвесторам продолжать добычу полезных ископаемых или проект следует прекратить. Горнодобывающая компания может решить продать права на резерв третьей стороне, а не разрабатывать его самостоятельно. В качестве альтернативы решение о продолжении добычи может быть отложено на неопределенный срок до тех пор, пока рыночные условия не станут благоприятными.
Горные инженеры, работающие на действующей шахте, могут работать инженером по улучшению операций, дальнейшей разведке полезных ископаемых и капитализации операций, определяя, где в шахте добавить оборудование и персонал. Инженер также может работать в сфере надзора и управления или в качестве продавца оборудования и полезных ископаемых. Помимо инженерных и операционных работ, горный инженер может работать менеджером по охране окружающей среды, охране труда и технике безопасности или инженером-конструктором.
Добыча полезных ископаемых требует различных методов извлечения в зависимости от минералогии , геологии и местоположения ресурсов. Такие характеристики, как твердость минерала , стратификацию минерала и доступ к этому минералу, определят метод извлечения.
Как правило, добыча ведется либо с поверхности, либо под землей. Добыча может также осуществляться с помощью поверхностных и скрытых операций на одном и том же месторождении. Добыча различается в зависимости от того, какой метод применяется для извлечения минерала.
Поверхностная добыча составляет 90% от мирового тоннажа добычи полезных ископаемых. Также называемая открытой добычей полезных ископаемых , поверхностная добыча извлекает полезные ископаемые из пластов вблизи поверхности. Извлечение руды осуществляется путем удаления материала из земли в ее естественном состоянии. Поверхностная добыча часто изменяет характеристики земли, ее форму, топографию и геологический состав.
Поверхностная добыча включает в себя разработку карьеров и выемку полезных ископаемых с помощью режущих, раскалывающих и ломающих машин. Для облегчения разрушения обычно используются взрывчатые вещества . Твердые породы, такие как известняк, песок, гравий и сланец, обычно добываются в уступах.
С помощью механических лопат, гусеничных бульдозеров и фронтальных погрузчиков ведется открытая добыча более мягких минералов, таких как удаленные глины и фосфаты. Более гладкие угольные пласты также могут быть извлечены таким образом.
При добыче россыпей драга также может извлекать минералы со дна озер, рек, ручьев и даже океана. Кроме того, добыча на месте может осуществляться с поверхности с использованием растворяющих агентов на рудном теле и извлечения руды с помощью откачки. Затем откачиваемый материал устанавливается на выщелачивание для дальнейшей обработки. Гидравлическая добыча используется в виде струй воды для вымывания либо вскрышных пород, либо самой руды. [29]
Правовое внимание к охране труда и технике безопасности в горнодобывающей промышленности началось в конце 19 века. В 20 веке оно переросло в комплексную и строгую кодификацию правоприменения и обязательного регулирования охраны труда и техники безопасности. В какой бы роли ни работал горный инженер, он должен соблюдать все законы по охране труда и технике безопасности в шахтах.
Конгресс США, приняв Федеральный закон о безопасности и охране труда в шахтах 1977 года , известный как Закон о шахтерах, создал Администрацию по безопасности и охране труда в шахтах (MSHA) при Министерстве труда США . Закон предоставляет шахтерам права против ответных действий за сообщения о нарушениях, консолидирует регулирование угольных шахт с металлическими и неметаллическими рудниками и создает независимую Федеральную комиссию по рассмотрению безопасности и охраны труда в шахтах для рассмотрения нарушений, сообщенных в MSHA. [31]
Акт, кодифицированный в Кодексе федеральных правил § 30 (CFR § 30), охватывает всех шахтеров 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, как и на любого другого работника на шахте. Горный инженер может быть юридически идентифицирован как «шахтер». [32]
Акт устанавливает права шахтеров. Шахтер может в любое время сообщить об опасном состоянии и запросить инспекцию. Шахтеры могут выбрать представителя шахтеров для участия в инспекции, прединспекционном совещании и послеинспекционной конференции. Шахтеры и представители шахтеров должны получать оплату за свое время во время всех инспекций и расследований. [33]
Отходы и неэкономичные материалы, образующиеся в процессе добычи полезных ископаемых, являются основным источником загрязнения в непосредственной близости от шахт. Горнодобывающая деятельность по своей природе вызывает нарушение природной среды, в которой и вокруг которой находятся полезные ископаемые . Поэтому горные инженеры должны быть обеспокоены не только производством и переработкой минерального сырья , но и смягчением ущерба окружающей среде как во время, так и после добычи в результате изменения района добычи.
{{cite web}}
: CS1 maint: unfit URL (link)В данной статье использован текст Петрова В.Л., доступный по лицензии CC BY 4.0.