Открытая добыча полезных ископаемых

Методика открытых горных работ

Взрывные работы на большом золотом руднике Твин-Крикс 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 в Германии являются одними из крупнейших в мире наземных транспортных средств.

Открытая добыча полезных ископаемых , также известная как открытая или открытая добыча и в более широком контексте мега-добыча , ^[1] представляет собой метод открытой добычи полезных ископаемых , который извлекает горную породу или минералы из земли с использованием карьера, иногда называемого карьером. . ^{[ нужна цитата ]}

Карьеры используются, когда залежи коммерчески полезной руды или горных пород обнаруживаются вблизи поверхности, где вскрышные породы относительно тонкие. Напротив, более глубокие месторождения полезных ископаемых можно добыть с помощью подземной добычи. ^[2]

Золотой рудник Киттиля в Киттиля, Финляндия, является крупнейшим производителем первичного золота в Европе. ^{[3] [4]}

Открытая добыча полезных ископаемых считается одной из самых опасных отраслей в промышленном мире . ^{[ нужна цитата ]} Это наносит значительный ущерб здоровью шахтеров, а также наносит ущерб экологическим землям и воде. Добыча открытым способом вызывает изменения в растительности, почве и коренных породах, что в конечном итоге способствует изменениям в поверхностной гидрологии, уровнях грунтовых вод и путях потоков. ^[5] Кроме того, открытый карьер производит вредные загрязняющие вещества в зависимости от типа добываемого минерала и типа используемого процесса добычи.

Добыча

Обратите внимание на наклонные и ступенчатые стороны золотого рудника Санрайз Дам в Австралии.

Многоковшовый экскаватор добывает бурый уголь на карьере Гарцвайлер в Германии, 2008 г.

Горняки обычно бурят серию пробных скважин, чтобы обнаружить подземное рудное тело. По извлеченным образцам они могут определить масштабы руды. Это помогает им определить вероятное местоположение жил или залежей руды и ее коммерческую ценность. ^[6] Карьерами обычно называют карьеры , производящие строительные материалы и блочный камень . ^{[ нужна цитата ]}

Карьеры выкапывают на уступах , которые описывают вертикальные уровни ямы. Интервал расположения уступов зависит от разрабатываемого месторождения, добываемого минерала и размера используемой техники. Обычно большие уступы шахт имеют толщину от 12 до 15 метров. ^[7] Напротив, во многих карьерах не используются уступы, поскольку они обычно неглубоки. ^[7] Горные работы могут вестись на нескольких уступах одновременно, а доступ к различным уступам осуществляется с помощью системы пандусов. Ширина каждой скамейки определяется размером используемого оборудования, обычно она составляет 20–40 метров. ^[6] Спуски вниз созданы для того, чтобы начать добычу полезных ископаемых на новом уровне. Этот новый уровень будет постепенно становиться шире, образуя новое дно ямы. ^[6]

Большинство стенок карьера обычно разрабатываются под углом, меньшим вертикального. Пустая порода очищается, когда яма становится глубже, поэтому этот угол является мерой предосторожности, позволяющей предотвратить и минимизировать ущерб и опасность от камнепадов. Однако это зависит от того, насколько выветрены и эродированы породы, а также от их типа. Это также зависит от количества структурных недостатков, возникающих в породах, таких как разломы , сдвиги , трещины или расслоения .

Стены ступенчатые. Наклонная часть стены называется баттером, а плоская часть ступени — скамейкой или бермой. Ступени в стенах помогают предотвратить камнепады, продолжающиеся по всей поверхности стены. В некоторых случаях требуется дополнительная опора на грунт и используются анкерные болты , тросовые болты и торкрет-бетон . Для сброса давления воды можно использовать водоотводные отверстия путем горизонтального сверления в стене, чего часто бывает достаточно, чтобы само по себе вызвать разрушение стены. ^[8]

Транспортная дорога обычно расположена сбоку от карьера, образуя подъем, по которому могут проехать грузовики , перевозящие руду и пустую породу. ^[9]

После закрытия

Карьеры обычно работают до тех пор, пока либо минеральные ресурсы не будут исчерпаны, либо пока увеличение соотношения вскрыши и руды не сделает дальнейшую добычу нерентабельной. ^{[ нужна цитата ]} После закрытия карьеров их иногда превращают в свалки для захоронения твердых отходов. Обычно требуется некоторая форма контроля воды, чтобы карьер не превратился в озеро. Несколько бывших карьеров были намеренно преобразованы в искусственные озера, образовав такие территории, как Лужицкое поозерье , Центрально-Немецкое поозерье или Верхнепфальцское поозерье. Особую озабоченность в формировании этих озер вызывает кислотный дренаж шахт .

Воздействие

Напрасно тратить

Карьеры создают значительное количество отходов. С крупнейших рудников в день может перемещаться почти один миллион тонн руды и пустой породы, а с небольших рудников в день перемещается пара тысяч тонн. ^[6] Обычно в шахте производятся четыре основные операции, которые способствуют возникновению этой нагрузки: бурение , взрывные работы, погрузка и транспортировка .

Пустую породу вывозят на свалку. Отвалы отходов можно складывать на поверхности действующего карьера или в ранее вырытых ямах.

Остаточные отходы от переработки руды называются хвостами и обычно имеют форму пульпы . Ее перекачивают в хвостохранилище или пруд-отстойник, где вода используется повторно 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 в процессе цианидного выщелачивания . Если не принять надлежащих мер по защите окружающей среды, эта токсичность может нанести вред окружающей среде. ^[10]

Загрязнители

Открытая добыча полезных ископаемых включает в себя процесс разрушения грунта, что приводит к образованию загрязнителей воздуха. Основным источником загрязнителей воздуха является транспортировка полезных ископаемых, но существуют и другие факторы, включая бурение, взрывные работы, а также погрузку и разгрузку вскрышных пород. ^[11] Эти типы загрязнителей наносят значительный ущерб здоровью и безопасности населения, а также ухудшают качество воздуха. Вдыхание этих загрязнителей может вызвать проблемы с легкими и в конечном итоге увеличить смертность. ^[11] Кроме того, загрязняющие вещества влияют на флору и фауну в окрестностях карьеров.

Добыча золота открытым способом представляет собой одну из самых серьезных потенциальных угроз для окружающей среды, поскольку она влияет на химический состав воздуха и воды. Выбросившаяся пыль может быть токсичной или радиоактивной, что делает ее опасной для здоровья работников и местного населения. ^[12]

Гидрология в горном деле

Карьеры, работающие в районах с тяжелыми грунтовыми водами, в конечном итоге могут столкнуться с проблемами, связанными с гидрологией. Это включает в себя пучение и разрушение дна шахты из-за чрезмерного давления подъема. Для устранения проблем, вызванных гидрологией, необходимо установить систему контроля грунтовых вод. Формирование соответствующей конструкции откоса карьера меняется на протяжении всего срока эксплуатации рудника. Он основан главным образом на постоянно растущем понимании состояния горных пород, включая грунтовые воды и связанное с ними давление, которое может действовать на склонах. Снижение уровня грунтовых вод, связанное с поровым давлением, является решающим аспектом при определении возможности реализации инженерно-геологического проекта для откосов открытого карьера. Системы контроля подземных вод, в том числе скважины для осушения и сброса давления, также могут оказывать большое воздействие на местные грунтовые воды. По этой причине требуется версия системы управления, основанная на оптимизации, чтобы гарантировать, что местные и региональные гидрогеологические воздействия находятся в допустимых пределах. ^[13]

Разгерметизация карьера – это процесс снятия напряжений или давления из различных участков шахты. Разгерметизация помогает сделать карьеры более устойчивыми и безопасными. При использовании комплексной программы разгерметизации склонов шахт вероятность того, что планы горных работ могут быть реализованы при приемлемом уровне риска, резко возрастает. ^{[13] [14]} Разгерметизация позволяет значительно расширить шахту и 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 помещений. Отжиг повысит обрабатываемость и долговечность материала, что в целом повысит безопасность открытых горных работ. ^[15] Когда давление грунтовых вод вызывает проблемы в карьерах, горизонтальные дренажи используются, чтобы ускорить процесс разгерметизации склона. Это помогает предотвратить крупномасштабное разрушение склонов шахты. Горизонтальные дрены используются для снижения порового давления за счет уменьшения напора грунтовых вод, что повышает устойчивость откосов. ^[13]

развертывание

Разновидность открытых карьеров может осуществляться как «открытие». Это делается в тех случаях, когда предыдущая подземная шахта становится нерентабельной или выработанной, но все еще оставляет ценную породу на месте, часто в результате камерной и столбовой добычи . Вскрытие удаляет вскрышу сверху, открывает шахту сверху, а затем позволяет извлечь ранее «захваченные» полезные ископаемые.

Раскрытие вершины было характерной чертой валлийских сланцевых выработок 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 массовых раскопок для извлечения столбов, а в последнее время - через количество отработанных шахт. ^[16]

Реабилитация

Разгрузочная станция и мелиорированная земля на угольной шахте Норт - Антилоп-Рошель в Вайоминге , США.

После завершения добычи на определенном месте на территории рудника может быть проведена рекультивация земель . Свалкам отходов придают контуры, чтобы выровнять их и дополнительно 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 . ^[17] Затем его обычно засыпают почвой и высаживают растительность, чтобы консолидировать материал. В конце концов этот слой разрушится, но обычно есть надежда, что скорость выщелачивания или кислоты будет замедлена покровом, так что окружающая среда сможет справиться с нагрузкой кислоты и связанных с ней тяжелых металлов. ^[18] Долгосрочных исследований эффективности этих покрытий не проводилось из-за относительно короткого времени, в течение которого существовала крупномасштабная добыча открытым способом. Для того чтобы некоторые свалки отходов стали «кислотно-нейтральными» и прекратили выщелачиваться в окружающую среду, могут потребоваться сотни и тысячи лет. Свалки обычно огорожены, чтобы скот не лишил их растительности. Затем открытый карьер окружается забором , чтобы предотвратить доступ, и обычно со временем он заполняется грунтовыми водами . В засушливых районах он может не заполняться из-за глубокого уровня грунтовых вод. ^[19] В Германии, крупнейшем в мире производителе бурого угля (практически весь из которого в наши дни добывается открытым способом), бывшие шахты обычно превращаются в искусственные озера . Чтобы смягчить упомянутую выше проблему кислотного дренажа шахт, затопление часто осуществляется водой 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 .

Открытый серный рудник в Тарнобжеге , Польша, проходит рекультивацию земель.

Типичные сорта открытого разреза

Золото обычно добывается открытым способом при концентрации от 1 до 5 частей на миллион (частей на миллион), но в некоторых случаях экономично использовать 0,75 частей на миллион. Это было достигнуто путем объемного кучного выщелачивания на руднике Пик-Хилл в западной части Нового Южного Уэльса , недалеко от Даббо , Австралия . ^[20]

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

Крупнейшие открытые шахты

Открытая добыча полезных ископаемых является распространенным методом добычи полезных ископаемых и проб из Земли. Благодаря экономической эффективности этот метод очень популярен и используется во всем мире. Перечислены десять крупнейших карьеров мира в 2015 году. ^[21]

• 1. Шахта Бингем-Каньон – Юта
• 2. Рудник «Мир» — Восточная Сибирь, Россия.
• 3. Золотой рудник Super Pit – Австралия.
• 4. Большая дыра – Южная Африка
• 5. Алмазный рудник Дайавик – Канада.
• 6. Открытый железный рудник Халл-Ржав-Махонинг , Миннесота.
• 7. Рудник Грасберг – Индонезия
• 8. Чукикамата — Чили
• 9. Трубка «Удачная» — Сибирь, Россия.
• 10. Эскондида – Чили

Смотрите также

• Кустарная добыча  – независимая, мелкомасштабная, натуральная добыча.
• Проблема закрытия применяется к открытым карьерам для оптимальной добычи (не связана с закрытием шахты)
• Выемка (земляные работы)  - место, где земля вынимается, чтобы освободить место для дороги, железной дороги или канала.Страницы с краткими описаниями целей перенаправления.
• Список карьеров
• Траншея  – выкопанный канал в земле.
• Туннелирование  - подземный переход, предназначенный для движения транспорта.

Рекомендации

1. Серафини, Паула (4 мая 2018 г.). «Аргентинская борьба с« мегадобычей »». Разговор . Проверено 22 апреля 2021 г.
2. Прочтите «Эволюционные и революционные технологии в горнодобывающей промышленности» на NAP.edu. 2002. дои : 10.17226/10318. ISBN 978-0-309-07340-0.
3. «Поставка более 100 клапанов на крупнейший золотой рудник Европы» . АВК Интернешнл . Проверено 11 декабря 2023 г.
4. Чен, Джексон (27 октября 2023 г.). «Разрешение Agnico на эксплуатацию рудника Киттила в Финляндии восстановлено». Майнинг.com . Проверено 11 декабря 2023 г.
5. Чен, Цзяньпин; Нравиться; Чанг, Го-Джен; София, Джулия; Таролли, Паоло (01 октября 2015 г.). «Характеристика геоморфических особенностей открытых горных работ». Международный журнал прикладного наблюдения Земли и геоинформации . 42 : 76–86. дои : 10.1016/j.jag.2015.05.001. ISSN  0303-2434.
6. «Горное дело». Британская энциклопедия . Проверено 1 апреля 2019 г.
7. Марк А. Прелас; Галина Попович; Луи К. Бигелоу (23 сентября 1997 г.). Справочник по техническим алмазам и алмазным пленкам. ЦРК Пресс. стр. 496–. ISBN 978-0-8247-9994-6 . 
8. Сообщество горных инженеров "Открытый карьер" (2000), по состоянию на 19 декабря 2011 г.
9. GE Блайт; АБ Фури; Г. Р. Уордл (1 января 1999 г.). Геотехника для развивающейся Африки: материалы 12-й региональной конференции для Африки по механике грунтов и геотехнической инженерии, Дурбан, Южная Африка, 25–27 октября 1999 г. CRC Press. стр. 49–. ISBN 978-90-5809-082-9 . 
10. «Горнодобывающие отходы» Европейской комиссии по окружающей среде (17 ноября 2011 г.), по состоянию на 19 декабря 2011 г.
11. Уэртас, Хосе И.; Уэртас, Мария Э.; Искьердо, Себастьян; Гонсалес, Энрике Д. (январь 2012 г.). «Оценка воздействия на качество воздуха на нескольких угольных шахтах в северной Колумбии». Журнал экологического менеджмента . 93 (1): 121–129. дои : 10.1016/j.jenvman.2011.08.007. ПМИД  22054578.
12. Абдул-Вахаб, Сабах; Марикар, Фузул (01 января 2012 г.). «Воздействие золотых приисков на окружающую среду: загрязнение тяжелыми металлами». Открытая инженерия . 2 (2): 304. Бибкод : 2012CEJE....2..304A. дои : 10.2478/s13531-011-0052-3 . ISSN  2391-5439. S2CID  3916088.
13. Пиявка, Саймон; Макганн, Мэтью (2008). «Разгерметизация склона открытого карьера с использованием горизонтальных дренажей – практический пример» (PDF) . Международная ассоциация шахтных вод .
14. Стивен П. Уайт; Эшли Л. Крейтон; Пол Ф. Биксли; Уорик М. Кисслинг (август 2004 г.). «Моделирование осушения и разгерметизации открытого золотого рудника Лихир, Папуа-Новая Гвинея». Геотермия . 33 (4): 443–456. Бибкод : 2004Geoth..33..443W. doi :10.1016/j.geothermics.2003.09.011.
15. С. Мохан; ПК Шриджит; СК Прамада (1 июля 2007 г.). «Оптимизация системы разгерметизации карьера с использованием технологии имитации отжига». Гидротехника . 133 (7).
16. «Владельцы карьеров - валлийские и английские предприниматели» . Слейтсайт . 17 октября 2002 г.
17. Уолтер Геллер; Хельмут Клаппер; Вим Саломонс (6 декабря 2012 г.). Кислые горнодобывающие озера: кислый дренаж шахт, лимнология и мелиорация. Springer Science & Business Media. ISBN 978-3-642-71954-7 . 
18. Васудеван Раджарам; Субиджой Дутта; Кришна Парамешваран (30 июня 2005 г.). Устойчивая практика горнодобывающей промышленности: глобальная перспектива. ЦРК Пресс. стр. 207–. ISBN 978-1-4398-3423-7 . 
19. «ВОССТАНОВЛЕНИЕ ШАХТ» Департамент горнодобывающей промышленности и нефти (октябрь 2006 г.), по состоянию на 19 декабря 2011 г.
20. "Золотой рудник Пик-Хилл" Основные металлические рудники, месторождения и проекты (2010 г.), доступ 19 декабря 2011 г.
21. Mining Global (9 сентября 2015 г.). «10 крупнейших открытых карьеров в мире».

Внешние ссылки

• Самые большие, глубокие и смертоносные шахты в мире
• Самые глубокие открытые шахты