.jpg/1280px-Ende_Gel%C3%A4nde_2017_CHB_23_(cropped).jpg)
Открытая добыча полезных ископаемых , также известная как открытая добыча полезных ископаемых или карьерная добыча , а в более широком контексте — мегадобыча [1], представляет собой технологию поверхностной добычи полезных ископаемых , при которой из недр земли извлекается горная порода или минералы .
Открытые карьеры используются, когда залежи коммерчески полезной руды или горных пород находятся вблизи поверхности, где вскрышные породы относительно тонкие. Напротив, более глубокие залежи полезных ископаемых могут быть достигнуты с помощью подземной добычи. [2]
Открытая добыча считается одним из самых опасных секторов в промышленном мире . [ не подтверждено в теле ] Она оказывает значительное воздействие на здоровье шахтеров, а также наносит ущерб экологической земле и воде. Открытая добыча вызывает изменения в растительности, почве и коренной породе, что в конечном итоге способствует изменениям в поверхностной гидрологии, уровнях грунтовых вод и путях потоков. [5] Кроме того, открытая добыча производит вредные загрязняющие вещества в зависимости от типа добываемого минерала и типа используемого процесса добычи.
Шахтеры обычно бурят ряд контрольных скважин, чтобы обнаружить подземное рудное тело. Из извлеченных образцов они могут определить протяженность руды. Это помогает им определить вероятное местоположение жил или пластов руды и ее коммерческую ценность. [6] Открытые карьеры, которые производят строительные материалы и блочный камень, обычно называются карьерами .
Открытые карьеры выкапываются на уступах , которые описывают вертикальные уровни скважины. Интервал уступов зависит от месторождения, добываемого минерала и размера используемой техники. Обычно большие уступы шахты имеют толщину от 12 до 15 метров. [7] Напротив, во многих карьерах уступы не используются, так как они обычно неглубокие. [7] Добыча может вестись на более чем одном уступе одновременно, а доступ к разным уступам осуществляется с помощью системы пандусов. Ширина каждого уступа определяется размером используемого оборудования, как правило, шириной 20–40 метров. [6] Создаются нисходящие пандусы, чтобы можно было начать добычу на новом уровне. Этот новый уровень будет постепенно становиться шире, образуя новое дно карьера. [6]
Большинство стенок карьера обычно разрабатываются под углом, меньшим вертикального. Пустая порода снимается, когда карьер становится глубже, поэтому этот угол является мерой предосторожности для предотвращения и минимизации ущерба и опасности от обвалов. Однако это зависит от того, насколько выветрены и эродированы породы, а также от типа вовлеченных пород. Это также зависит от количества структурных недостатков, встречающихся в породах, таких как разломы , сдвиги , соединения или расслоения .
Стены ступенчатые. Наклонная часть стены известна как откос, а плоская часть ступени известна как уступ или берма. Ступени в стенах помогают предотвратить обвалы камней, продолжающиеся вниз по всей поверхности стены. В некоторых случаях требуется дополнительная поддержка грунта, и используются анкерные болты , кабельные болты и торкрет-бетон . Водоотливные скважины могут использоваться для снижения давления воды путем горизонтального бурения в стене, что часто бывает достаточно, чтобы вызвать обрушения стены. [8]
Подъездная дорога обычно располагается сбоку от карьера, образуя пандус, по которому могут заезжать грузовики , перевозящие руду и пустую породу. [9]
Открытые карьеры обычно работают до тех пор , пока не будут исчерпаны минеральные ресурсы или пока увеличивающееся соотношение вскрыши к руде не сделает дальнейшую добычу нерентабельной. [ требуется ссылка ] После закрытия открытых карьеров их иногда превращают в свалки для утилизации твердых отходов. Обычно требуется некоторая форма контроля воды, чтобы не допустить превращения карьера в озеро. Несколько бывших открытых карьеров были намеренно преобразованы в искусственные озера, образовав такие области, как Лужицкий озерный край , Центрально-германский озерный край или Верхне-Пфальцский озерный край. Особую озабоченность при образовании этих озер вызывает дренаж кислотных шахтных вод .
Открытые карьеры создают значительное количество отходов. Почти миллион тонн руды и пустой породы могут перемещаться из крупнейших шахт в день, и несколько тысяч тонн перемещаются из небольших шахт в день. [6] Обычно в шахте есть четыре основных операции, которые способствуют этой нагрузке: бурение , взрывные работы, погрузка и транспортировка .
Пустая порода вывозится на отвал. Отвалы могут быть сложены на поверхности действующего карьера или в ранее выработанных карьерах.
Оставшиеся отходы от переработки руды называются хвостами и обычно находятся в форме пульпы . Их 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 с помощью процесса выщелачивания цианидом . Если не приняты надлежащие меры защиты окружающей среды, эта токсичность может нанести вред окружающей среде. [10]
Открытая добыча полезных ископаемых подразумевает процесс разрушения почвы, что приводит к образованию загрязняющих веществ в воздухе. Основным источником загрязняющих веществ в воздухе является транспортировка полезных ископаемых, но существуют и другие факторы, включая бурение, взрывные работы, погрузку и разгрузку вскрышных пород. [11] Эти типы загрязняющих веществ наносят значительный ущерб общественному здоровью и безопасности, а также ухудшают качество воздуха. Вдыхание этих загрязняющих веществ может вызвать проблемы с легкими и в конечном итоге увеличить смертность. [11] Кроме того, загрязняющие вещества влияют на флору и фауну в районах, окружающих открытые разработки.
Открытая добыча золота является одной из самых высоких потенциальных угроз для окружающей среды, поскольку она влияет на химический состав воздуха и воды. Воздействующая пыль может быть токсичной или радиоактивной, что делает ее проблемой для здоровья рабочих и близлежащих сообществ. [12]
Открытая добыча никеля привела к ухудшению состояния окружающей среды и загрязнению в развивающихся странах, таких как Филиппины и Индонезия . [13] [14] В 2024 году добыча и переработка никеля стали одной из основных причин вырубки лесов в Индонезии . [15] [16] Открытая добыча кобальта привела к вырубке лесов и разрушению среды обитания в Демократической Республике Конго . [17]
Открытые карьеры, работающие в районе с тяжелыми грунтовыми водами, в конечном итоге могут столкнуться с проблемами, связанными с гидрологией. Это включает в себя вспучивание и прорыв пола шахты из-за чрезмерного подъемного давления. Система контроля грунтовых вод должна быть установлена для устранения проблем, вызванных гидрологией. Формирование соответствующей конструкции откоса открытого карьера меняется на протяжении всего срока службы рудника. Она основана главным образом на постоянно растущем понимании условий скального массива, включая грунтовые воды и связанные с ними давления, которые могут действовать в пределах откосов. Сокращение грунтовых вод, связанное с поровым давлением, является важнейшим аспектом определения того, достижим ли геотехнический инженерный проект для откосов открытого карьера. Системы контроля грунтовых вод, которые включают в себя скважины для осушения и сброса давления, также могут оказывать большое влияние на местные грунтовые воды. Из-за этого требуется оптимизированная версия системы контроля, чтобы гарантировать, что местные и региональные гидрогеологические воздействия находятся в приемлемых пределах. [18]
Разгерметизация карьера — это процесс снятия напряжений или давления с различных участков шахты. Разгерметизация помогает сделать карьеры более стабильными и безопасными. При использовании комплексной программы разгерметизации откосов шахты вероятность того, что планы шахты могут быть достигнуты, и при приемлемом уровне риска резко возрастает. [18] [19] Разгерметизация позволяет значительно расширить шахту и может продлить срок ее службы на 10–15 лет. Одним из методов, используемых при разгерметизации, является отжиг. Отжиг — это медленный нагрев и охлаждение металла, сплава или стекла. Этот медленный нагрев и охлаждение снимает внутреннее напряжение окружающих областей. Отжиг увеличит обрабатываемость и долговечность материала, что в целом повышает безопасность карьера. [20] Когда давление грунтовых вод вызывает проблемы в карьерах, горизонтальные дренажи используются для ускорения процесса разгерметизации откоса. Что помогает предотвратить крупномасштабное обрушение откоса в шахте. Горизонтальные дренажи используются для снижения порового давления за счет снижения напора грунтовых вод, что повышает устойчивость склона. [18]
Форма открытой разработки карьера может осуществляться как «открытие». Это делается, когда предыдущая подземная шахта становится нерентабельной или выработанной, но все еще оставляет ценную породу на месте, часто в результате камерно-столбовой добычи . Открытие удаляет вскрышу сверху, открывает шахту сверху, а затем позволяет добывать ранее «запертые» минералы.
Снятие верхнего слоя было характерной чертой валлийских сланцевых разработок в 1930-х и 2000-х годах, когда Мартин Уильямс-Эллис, менеджер в Ллехведде, обнаружил, что ранние викторианские разработки можно было сохранить прибыльными с помощью новых механизированных методов массовой выемки для извлечения их столбов, а в последнее время и в ряде отработанных шахт. [21]
После окончания добычи на определенном участке территория шахты может быть подвергнута рекультивации земель . Отвалы отходов контурируются, чтобы выровнять их и еще больше стабилизировать. Если руда содержит сульфиды, ее обычно покрывают слоем глины , чтобы предотвратить попадание дождя и кислорода из воздуха, которые могут окислять сульфиды с образованием серной кислоты , явление, известное как кислотный дренаж шахты . [22] Затем это обычно покрывают почвой , и высаживают растительность, чтобы помочь закрепить материал. В конечном итоге этот слой размывается, но обычно надеются, что скорость выщелачивания или кислоты будет замедлена покрытием, так что окружающая среда сможет справиться с нагрузкой кислоты и связанных с ней тяжелых металлов. [23] Долгосрочных исследований успешности этих покрытий не проводилось из-за относительно короткого времени, в течение которого существовала крупномасштабная открытая добыча. Может потребоваться от сотен до тысяч лет, чтобы некоторые отвалы отходов стали «кислотно-нейтральными» и прекратили выщелачивание в окружающую среду. Отвалы обычно огорожены, чтобы скот не лишал их растительности. Затем открытый карьер окружают забором , чтобы предотвратить доступ, и он, как правило, в конечном итоге заполняется грунтовыми водами . В засушливых районах он может не заполняться из-за глубокого уровня грунтовых вод. [24] В Германии, крупнейшем в мире производителе лигнита (практически весь который в наши дни добывается открытым способом), бывшие шахты обычно преобразуются в искусственные озера . Чтобы смягчить проблему дренажа кислотных шахт, упомянутую выше, затопление часто осуществляется водой из близлежащих рек вместо использования только грунтовых вод. В некоторых случаях в воду необходимо добавлять оксид кальция или другие основные химикаты, чтобы нейтрализовать значение pH .
Золото обычно добывается в карьерах при концентрации от 1 до 5 ppm (частей на миллион), но в некоторых случаях 0,75 ppm золота является экономичным. Это было достигнуто путем выщелачивания кучи на руднике Пик-Хилл в западной части Нового Южного Уэльса , недалеко от Даббо , Австралия . [25]
Никель , как правило, в виде латерита, добывается открытым способом до содержания 0,2%. Медь может быть извлечена при содержании от 0,11% до 0,2%.
Открытая добыча является распространенным методом извлечения минералов и образцов из недр Земли. Благодаря своей экономической эффективности этот метод очень популярен и используется во всем мире. Перечислены десять крупнейших в мире открытых рудников в 2015 году. [26]
