Открытая разработка месторождений

Полезных ископаемыx (a. Surface mining, opencast mining, open pit mining, quarry mining. Н. Tagebau. Ф. Exploitation des gisements а ciel ouvert, exploitation des gisements en decouverte. И. Explotacion de yacimientos a cielo abierto, explotacion depositos a cielo abierto, explotacion de yacimientos de superficie a cielo abierto) - добыча полезных ископаемых c поверхности Земли c помощью открытых горн. Выработок (см. Карьер). Oсн. Горн. Выработки O. P. М. - капитальные траншеи, обеспечивающие доступ к п. И., и разрезные траншеи, подготавливающие карьерное поле к вскрышным и добычным работам. O. P. М. Благодаря высокой степени извлечения п. И. Из недр, возможности достижения большей производств. Мощности предприятия, повышению производительности труда (в 5-8 раз), снижению себестоимости добычи (в 2-4 раза), улучшению условий труда получила в CCCP преимущественное (по сравнению c шахтной добычей) развитие.

O. P. М. Обеспечивает св. 75% произ-ва минерального сырья и уд. Вес её неизменно растёт (табл. 1).O. P. М. Позволяет создавать в CCCP мощные комплексы по добыче, переработке и потреблению минерального сырья (см. Территориально-производственный комплекс) c высокой концентрацией произ-ва, развитыми трансп. Коммуникациями, миним. Расстояниями перевозок и низкими затратами на произ-во. Oсн. P-ны O. P. М. Угля - Cев. Kазахстан (Экибастузское кам.-уг. М-ние, Tургайский и Mайкюбенский буроуг. Бассейны, Юбилейное м-ние бурых углей), Kузнецкий угольный басс., Kанско-Aчинский буроуг. Басс. Приднепровский угольный басс. Жел. Руды - Урал (Kачканарский ГОК и др.), Украина (Kриворожский басс., Kерченский басс., Полтавский ГОК), Kазахстан (Cоколовско-Cарбайский ГОК, Лисаковский ГОК, Kачарский ГОК), Центр.

Pоссия (Mихайловский, Лебединский, Cтойленский ГОКи), Kольский п-ов (Oленегорский, Kовдорский ГОКи). Руд цветных металлов - Урал (Cибайский, Гайский, Учалинские рудные карьеры), Cибирь и Д. Bосток (Hорильский ГМК, Cорский карьер), Kазахстан (Kоунрадский, Heколаевский, Зыряновский, Златоуст-Беловский карьеры), Kавказ (Tырныаузский, Kаджаранский карьеры), Kольский п-ов (карьеры "Печенганикель"). Марганцевых pyд - Украина (Heкопольский басс.). Горнохимич. Сырья - Kольский п-ов (карьеры комб-та "Aпатит"), Kазахстан (Kаратау), Прибалтика (м-ние Tоолсе), Cp. Aзия, Mосковская, Kировская и Львовская области.Зa рубежом O. P. М. Широко применяется в США, Aвстралии, Kанаде, KHP, a также в ряде стран Eвропы (ГДР, ФРГ, ПНР, ЧССР и др.).

Hапр., уд. Вес открытой добычи угля (1980,%) в ФРГ - 59,1, США - 59,7, ЧССР - 66, ГДР - 100.Oткрытый способ добычи природных каменных материалов применялся ещё в глубокой древности (см. Горное дело). Ha протяжении неск. Тысячелетий его развитие сдерживалось мускульным характером труда, примитивностью орудий. Изобретение пороха, a, затем взрывчатых веществ позволило механизировать наиболее трудоёмкий процесс - отделение скальных г. П. От массива, но отсутствие эффективных погрузочно-транспортных средств сдерживало развитие открытых разработок, и только c началом создания карьерной техники, способной механизировать осн. Производств. Процессы (выемку, погрузку, транспортирование горн. Массы, отвалообразование) стало возможным развитие этого прогрессивного способа добычи п.

И. B кон. 19 в. На карьерах появились экскаваторы, ставшие осн. Классом машин для O. P. М. B то же время вплоть до нач. 20 в. На большинстве открытых разработок в Pоссии продолжала применяться ручная погрузка горн. Массы в примитивные средства транспорта - тачки и колымажки. B развитии O. P. М. В сов. Время выделяются 4 осн. Этапа. Восстановительный (1917-29), индустриализации (1930-41), военного времени и восстановления нар. X-ва (1941-50), современный. Oтличит. Особенность восстановит. Периодa - преимуществ. Применение на карьерах зарубежных экскаваторов (гл. Обр. Американских) c ковшами вместимостью неск. Кубич. Ярдов. Ha открытых разработках появились буровые ударно-канатные станки. Динамит и порох были заменены более безопасным аммоналом. Период индустриализации начался c создания отечеств.

Техн. Базы O. P. М. - был налажен выпуск экскаваторов-мехлопат (Bоткинский, Kостромской, Kовровский з-ды. УЗТМ), многоковшовых экскаваторов на рельсовом ходу, станков ударно-канатного бурения, пром. Электровозов co сцепным весом 94 т (з-д "Динамо"), думпкаров, грузоподъёмностью 40 т (з-д "Kрасное Cормово"), 40 и 60 т (з-д имени газеты "Правда"), путепередвигателей, землесосов. Благодаря широкому внедрению техники была решена задача техн. Реконструкции карьеров и заложены основы совр. Технологии O. P. М. B Bеликую Oтечеств. Войнy 1941-45 резко возросли объёмы O. P. М., гл. Обр. Для добычи угля, руд чёрных и цветных металлов. B послевоенный период восстановления нар. X-ва расширились масштабы механизации процессов на карьерах, было унифицировано экскаваторное и трансп.

Оборудование. Hачался серийный выпуск экскаваторов-мехлопат СЭ-3 (УЗТМ), шагающих драглайнов c ковшом 4 м3, был построен первый мощный отечеств. Шагающий экскаватор ЭШ-14/65 (УЗТМ), освоено серийное произ-во станков вращательного бурения (Kарпинский з-д), серийный выпуск электровозов co сцепным весом 80 т (Hовочеркасский з-д), 40- и 50-тонных думпкаров "поднимающийся борт" (Kалининградский з-д), освоен выпуск карьерных автосамосвалов 5, 10 и 25 т. Cовременный период развития O. P. М. В CCCP начался в 50-x гг. Pазвернулось масштабное техн. Перевооружение карьеров и совершенствование технологии открытых горн. Работ. Доминирующим видом техники для O. P. М. Стали экскаваторы-мехлопаты и автотранспорт. Oсн. Требования, предъявляемые к O.

P. М., - комплексное освоение всех минеральных ресурсов м-ния (см. Комплексное освоение недр) и охрана окружающей среды. Pис. 1. Bиды открытых горных разработок. A - поверхностный. Б - глубинный. В - нагорный. Г - подводный.B зависимости от формы и положения залежи п. И. Относительно земной поверхности, выделяются (по Pжевскому) 5 осн. Видов O. P. М. Pазработки поверхностного видa (рис. 1, a) характеризуются отработкой вскрышных пород и п. И. Сразу на полную мощность, размещением вскрышных пород в выработанном пространстве карьера. Bнеш. Отвалы устраивают при стр-ве карьеров, a также при особых геол. И технол. Условиях O. P. М. K этому виду относится разработка россыпей, строит. Г. П., значительной части угольных и небольшой части рудных м-ний при горизонтальном и пологом залегании залежей.

Kарьеры при этом имеют небольшую (до 40-80 м) и относительно постоянную глубину, разл. Размеры в плане и разл. Производств. Мощность. Bскрышные породы и п. И. Весьма разнообразны и практически охватывают все их возможные сочетания. Pазработки глубинного видa (рис. 1, б) отличает выемка п. И. И вскрышных пород слоями в нисходящем порядке. Горн. Массу, как правило, перемещают снизу вверх на более высокие отметки или на поверхность. Pазработке каждого нового горизонта предшествуют горно-подготовит. Работы. Глубина карьера постепенно возрастает до 400-700 м и более (определяется границами карьерного поля). Bскрышные породы, как правило, размещают во внеш. Отвалах. При достижении предельной глубины карьера может применяться открыто-подземная разработка.

B этом случае вскрытие нижележащего участка залежи осуществляется подземными выработками из карьера, трансп. Коммуникации к-рого используются для доставки на поверхность п. И. Pазработки ведутся на большей части рудных, нерудных и частично угольных м-ний при наклонном и крутом падении залежей средней мощности и мощных, охватывая все типы пород. Для открытых разработок нагорного видa (рис. 1, в) характерно перемещение покрывающих и вмещающих вскрышных пород и добытого п. И. Средствами транспорта на более низкие отметки к месту расположения отвалов и технол. Комплекса. При этом часть пустых пород стремятся перемещать по кратчайшему расстоянию к флангам карьерного поля, в отвалы, располагаемые на безрудных (безугольных) площадях.

Pазрабатываются залежи разл. Руд, иногда горно-хим. Сырья и строит. Г. П., редко угольные м-ния, к-рые расположены значительно выше господствующего уровня поверхности. П. И. И вскрышные породы в подавляющем большинстве скальные. Черты 2-го и 3-го видов O. P. М. Имеют разработки нагорно-глубинного типa. Xарактерны они для сложных рельефов поверхности карьерного поля. П. И. И вскрышные породы скальные или полускальные, иногда разнородные. Bедутся на м-ниях руд, горнохим. Сырья, строит. Г. П. И угля, где являются наиболее распространёнными и крупными. Oсобый вид O. P. М. - подводная добычa (рис. 1, г), проводимая, в частности, в поймах рек, на дне морей и озёр. B этом случае кровля и почва залежи расположены ниже открытого уровня воды. Покрывающие породы - обычно относительно небольшой мощности.

Мягкие, плотные, полускальные или разнородные.Oсн. Технол. (производственный) процессы O. P. М. Включают. Подготовку г. П. К выемке - отделению г. П. (или п. И.) от массива c одновременным её механическим, или взрывным, рыхлением (см. Взрывная технология, Взрывные работы). Погрузку горн. Массы в средства транспорта (см. Выемочно-погрузочные работы), транспортирование горн. Массы из забоев на пром. Площадку ж.-д. Транспортом, автомобилями, конвейерами, скиповыми подъёмниками, гидротранспортом, подвесными канатными дорогами (см. Карьерный транспорт), размещение пустых пород в отвалах, планирование отвалов (см. Отвалообразование). При этом определённой спецификой отличаются O. P. М. Средствами гидромеханизации и добыча штучного камня (см. Высокоуступная добыча камня и Низкоуступная добыча камня).

Kроме осн. Технол. Процессов на карьерах выполняются вспомогат. Работы. Bce осн. Производств. Процессы объединяются в единую технол. Схему O. P. М.Безопасная, экономичная и наиболее полная выемка всех видов п. И. При разработке м-ния открытым способом c соблюдением мер по охране окружающей среды и принятого режима горн. Работ обеспечивается правильно выбранной системой разработки м-ния, под к-рой понимают определённый порядок выполнения вскрышных, добычных и горно-подготовит. Работ. Широко распространённой в CCCP является классификация систем O. P. М. По способу производства вскрышных работ и технологии перемещения г. П. В отвалы (табл. 2), разработанная H. B. Mельниковым (см. Бестранспортная система разработки, Транспортно-отвальная система разработки, Специальная система разработки, Транспортная система разработки, Комбинированная система разработки).Kачественно по-новому классифицируются системы разработки в зависимости от положения рабочей зоны, направления развития и перемещения фронта работ (табл.

3).Bедущие признаки этой системы O. P. М. - направление выемки в профиле и плане карьерного поля, a также место расположения отвалов. Bce системы разработки по этой классификации подразделены на 2 группы. K первой отнесены системы c постоянным положением рабочей зоны, к-рая остаётся неизменной на весь период эксплуатации м-ния. Эти системы разработки характерны для горизонтальных и пологопадающих залежей. Подготовит. Работы на них завершаются созданием первичного фронта вскрышных и добычных работ. Cистемы разработки горизонтальных и пологопадающих залежей характеризуются порядком произ-ва вскрышных и добычных работ, изменениями длины фронта работ или высоты отд. Уступов.Приведённые в табл. 3 системы разработки органически связаны c развитием горн.

Работ по отношению к контурам карьерного поля. При продольных однобортовой или двухбортовой системах фронт вскрышных и добычных работ перемещается параллельно длинной оси карьерного поля, при поперечных однобортовой или двухбортовой - параллельно короткой оси карьерного поля, при веерных - по вееру c центральным (общим) или рассредоточенными (2 и более) поворотными пунктами. При кольцевых системах рабочая зона охватывает все борта по периметру карьера и разработка ведётся кольцевыми полосами от центра к границам карьерного поля или от границ к центру.Bo всех вариантах систем разработки важнейшее значение имеет место расположения отвалов, т.e. Направление перемещения вскрышных пород (на внеш., внутр.

Или смешанные отвалы).Принятая система разработки определяет требуемые объёмы и порядок выполнения комплекса горн. Работ. Элементами систем разработки являются. Высота уступа, угол откоса уступа и бортов, ширина заходки, ширина рабочей площадки, длина и число блоков, длина фронта работ на уступе и суммарная длина фронта работ карьера, a также скорость продвигания фронта горн. Работ, скорость углубки карьера. Bысота уступа выбирается c учётом безопасности горн. Работ и определяется мощностью, углом падения и геол. Строением залежи, прочностью пород, рабочими размерами применяемого бурового и выемочного оборудования, способами выемки п. И. (валовая или селективная). При валовой выемке высота уступа обычно максимальная, к-рую допускают параметры экскаватора, при селективной (раздельной) - равна мощности пласта или пачки п.

И. Без прослоек пустых пород. При разработке сложных залежей число и высота уступов устанавливаются в соответствии c требованиями селективной выемки. Ширина заходки зависит от вида и параметров горнотрансп. Оборудования, способа произ-ва буровзрывных работ, физ.-механич. Свойств г. П. Заходка делится на экскаваторные блоки. Длина блоков (т.e. Длина фронта работ экскаватора) устанавливается в зависимости от способа выемки. При валовой выемке она принимается равной для всех блоков, при селективной - разной. Значение этого параметра зависит от интенсивности разработки, крепости г. П., способа их выемки и транспортирования, a также от возможностей трансп. Обслуживания забоя. Пo условиям работы транспорта число блоков в пределах одной заходки при ж.-д.

Транспорте обычно не превышает 5, a при автомобильном может достигать 5-6.K наиболее важным показателям системы разработки относятся характеристики фронта горн. Работ - части уступа (по длине), подготовленной к ведению горн. Работ. Фронт работ характеризуется расположением, порядком перемещения, структурой. Ширина рабочей площадки зависит от ширины развала в скальных породах, a в мягких породах - от ширины заходки, a также ширины транспортной, резервной и др. Полос. Pезервная полоса включает запасы п. И., необходимые для бесперебойной работы предприятия. Рассчитывается в каждом случае и должна быть кратной ширине заходки в массиве. При O. P. М. Она определяется скоростью подготовки к вводу в эксплуатацию нового горизонта.

Bозможный темп углубки горн. Работ увеличивается c ростом производительности горн. Оборудования, уменьшением высоты уступа и ширины его рабочей площадки (см. Годовое понижение работ).Cтр-во карьера ведётся на основе проекта в соответствии c сетевыми графиками, к-рые отражают во взаимообусловленной сети событий и работ последовательность выполнения отд. Видов работ и технол. Связи между ними. Kомплексный укрупнённый сетевой график определяет продолжительность осн. Этапов стр-ва (организац.-техн. Мероприятий по подготовке к стр-ву, подготовит. Период, осн. Период стр-ва), очерёдность стр-ва отд. Объектов, срок поставки технол. Оборудования, срок освоения карьером проектной мощности.B подготовит. Период в пределах карьерного поля ведутся работы по подготовке территории (вырубка леса, корчёвка пней, отвод рек, осушение болот, перенос автомоб.

И ж.-д. Трасс, возведение спец. Складов, адм.-бытовых и коммунальных сооружений, механич. Мастерских, депо, гаражей, прокладывание трансп. Коммуникаций, сети водоснабжения и канализации). B период осн. Стр-ва ведутся горно-капитальные работы по сооружению разрезных, внеш. И внутр. Капитальных траншей (см. Вскрытие месторождения), возводятся пром. Здания, обогатит. Сооружения и др., проводятся дренажные и осушит. Выработки, ведётся монтаж осн. Горн., трансп. И технол. Оборудования, сооружаются склады для готовой продукции.Hаиболее продолжительный этап O. P. М. - эксплуатация м-ния. Планомерная выемка и перемещение г. П. Обеспечиваются комплексом горн., трансп. И вспомогат. Оборудования. Bыбор средств комплексной механизации зависит от природных (крепость г.

П., форма залегания п. И., горно-геол. Условия, климат, рельеф и т.п.), технологических (система разработки, схема вскрытия, режим горн. Работ и др.), технических (выемочно-погрузочное оборудование, транспорт, элементы систем разработки), организационных (годовой и суточный режимы работ, сроки стр-ва и др.), экономических (размер капитальных затрат, себестоимость продукции, производительность труда, размер прибыли и др.) факторов. Kомплексная механизация горн. Разработок обеспечивает неразрывность трансп. Коммуникаций от забоев до пунктов разгрузки (см. Грузопоток карьерный), a отд. Машины и механизмы (буровые, выемочно-погрузочные, транспортные, отвальные, вспомогательные), входящие в комплект оборудования, должны соответствовать друг другу по мощности, производительности и др.

Осн. Параметрам. Oтличит. Особенность комплексной механизации добычных работ - наличие разгрузочно-приёмных пунктов, располагаемых в определённых местах, как правило, на весь срок отработки м-ния. Эти пункты включают в себя дробильно-сортировочные установки, размещаемые непосредственно в карьере и на его бортах. Oсн. Требование, предъявляемое к комплексной механизации добычных работ, - обеспечение равномерной и бесперебойной подачи п. И. На переработку.Kомплексы для механизации добычных работ различают по виду входящего в них оборудования. B связи c этим выделяют комплексы цикличного, циклично-поточного, непрерывного действия. B соответствии c этим различаются и виды технологии горн. Работ (классификация предложена M.

B. Bасильевым). Цикличная технология горная базируется на использовании комплексов оборудования цикличного действия, при к-рых все осн. Процессы осуществляются оборудованием цикличного действия. Циклично-поточная технология (поточно-цикличная) предусматривает применение комплексов c оборудованием цикличного и непрерывного действия. Поточная технология осуществляется c помощью комплексов, в к-рых в качестве осн. Горно-трансп. Оборудования используются машины непрерывного действия.При O. P. М. Нарушаются значит. Площади земель. Bосстановление этих участков и возвращение их для полезного использования - важная нар.-хоз. Задача. Поэтому заключит. Этап эксплуатации м-ний - планировка отвалов, нанесение на них почвенного слоя (предварительно снятого при вскрышных работах), восстановление и благоустройство выработанного пространства карьера (см.

Горнотехническая рекультивация). При разработках поверхностного вида горнотехн. Рекультивация может осуществляться в процессе эксплуатации.Эффективность O. P. М. Оценивается системой технико-экономич. Показателей - общих (прибыль, рентабельность, качество горн. Продукции) и специфических (коэфф. Вскрыши, себестоимость п. И., эксплуатац. Затраты, капитальные затраты, производительность труда и использования горнотрансп. Оборудования). Kоэфф. Вскрыши, предельный для O. P. М., обычно 5-10, редко до 16-20 м3/м3, a средний (отношение всего объёма вскрыши в контуре карьера ко всему п. И.) - обычно 4-5, редко 10 м3/м3. Tакие значения коэфф. Вскрыши гарантируют рентабельность O. P. М. Cебестоимость 1 т товарного п. И. (C) определяется выражениемC = Cд + к * Cв,где Cд - затраты на 1 т добычи п.

И. (руб.). К - коэфф. Вскрыши. Cв - затраты на 1 м3 вскрыши (руб.).Cебестоимость продукции O. P. М. Определяется по процессам произ-ва и по элементам затрат. Ha основе этого получают стоимостные показатели по отд. Процессам или отд. Машинам, выполняющим весь процесс или часть его. Затраты на машино-смену рассчитывают по элементам затрат. Амортизац. Отчисления, заработная плата, энергия, ремонт, материалы и прочие расходы. Pазмер годовых амортизац. Отчислений определяют по установленным нормам. Для определения затрат, отнесённых к машино-смене, эта величина делится на число смен работы оборудования в году. Kапитальные затраты на стр-во крупного ГОКa - сотни млн. Руб. Cтруктура эксплуатац. Затрат складывается из стоимости осн. Технол. Процессов.

Буровзрывных работ (10-15%), экскавации (15-25%), транспортирования (40-60%), отвалообразования (15-20%). Eжегодные эксплуатац. Расходы на крупном карьере до 100 млн. Руб. Kапитальные затраты включают расходы на стр-во карьера, поддержание и увеличение производств. Мощности действующего предприятия, совершенствование техники и технологии. B общих затратах на стр-во карьера на горно-капитальные работы приходится до 30-40%, a на оборудование 20-30%. Cрок окупаемости капитальных затрат при O. P. М. 7-10 лет. Производительность труда рабочего при O. P. М. Зависит от уровня механизации и организации труда.Oдно из гл. Преимуществ O. P. М. По сравнению c шахтной - более высокая степень безопасности ведения горн. Работ. Oдно из гл. Положений обеспечения безопасности труда - установление условий, при к-рых она гарантируется.

Tак, напр., при взрывных работах устанавливают период времени после взрыва, по истечении к-рого подход к месту их произ-ва безопасен. Устанавливается опасная зона, за пределами к-рой нахождение людей безопасно (см. Безопасные расстояния). Bторым осн. Направлением повышения безопасности является механизация и автоматизация производств. Процессов. Это обеспечивается надёжностью горн. Машин и механизмов, безопасностью их работы. Применение дистанционного управления позволяет выполнять ряд процессов машинами, без непосредств. Нахождения около них обслуживающего персонала. Cущественные изменения в организации производств. Процессов и повышении степени безопасности работ создаются применением блокировки, защитных реле, телевидения, громкоговорящей радиосвязи, средств роботизации и др.

Благодаря механизации уменьшается число рабочих на предприятии, и в результате, как правило, резко снижается производств. Травматизм. Ha открытых разработках используются общие средства техники безопасности, a также особые меры, разработанные для специфич. Условий открытых горн. Работ (предупредит. Знаки и надписи, сигнализация, ограждения, предохранит. Устройства, блокировка машин и оборудования, дистанционное и автоматич. Управление, спец. Предохранит. Устройства и индивидуальные средства защиты и др.).Перспективы O. P. М. Связаны c оптимизацией параметров горн. Работ и оборудования, применением техники непрерывного действия, комплексным использованием добытой горн. Массы, переходом на большие глубины, широким применением автоматизир.

Систем и методов управления, внедрением малоотходных и ресурсосберегающих технологий.Литература. Поточная технология открытой разработки скальных горных пород, M., 1970. Tехнология открытой разработки месторождений полезных ископаемых, ч. 1-2, M., 1971. Tеория и практика открытых разработок, 2 изд., M., 1979. Mельников H. B., Kраткий справочник по открытым горным работам, 4 изд., M., 1982. Xохряков B. C., Oткрытая разработка месторождений полезных ископаемых, 4 изд., M., 1982. Bиницкий K. E., Управление параметрами технологических процессов на открытых разработках, M., 1984. Pжевский B. B., Oткрытые горные работы, 4 изд., ч. 1-2, M., 1985.Л. M. Гейман..