Открытая добыча полезных ископаемых
Открытая добыча полезных ископаемых , также известная как открытая добыча или добыча открытым способом и, в более широком контексте, мегадобыча , [1] — это метод открытой добычи полезных ископаемых , позволяющий добывать горные породы или минералы из земли .
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]
Открытая добыча полезных ископаемых считается одной из самых опасных отраслей в промышленном мире . [ нужна ссылка ] Это наносит значительный ущерб здоровью шахтеров, а также наносит ущерб экологическим землям и водам. 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
[ редактировать ]
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] открытые рудники, производящие строительные материалы и блочный камень обычно называют Карьерами .
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 неглубокие. [7] Добыча может вестись одновременно на нескольких уступах, 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, 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 анкерные болты , тросовые болты и торкрет-бетон используются . 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
[ редактировать ]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 ссылка ] 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, образуя такие территории, как Лужицкое поозерье , Центрально-Немецкое поозерье или Верхнепфальцское поозерье. Особую озабоченность в формировании этих озер вызывает кислотный дренаж шахт .
Воздействие
[ редактировать ]Напрасно тратить
[ редактировать ]Карьеры создают значительное количество отходов. С самых крупных рудников в день может перемещаться почти один миллион тонн руды и пустой породы, а с мелких рудников — 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 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 в процессе цианидного выщелачивания . Если не обеспечить надлежащую защиту окружающей среды, эта токсичность может нанести вред окружающей среде. [10]
Загрязнители
[ редактировать ]Добыча открытым способом включает в себя процесс разрушения грунта, что приводит к образованию загрязнителей воздуха. Основным источником загрязнения 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
[ редактировать ]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 на открытых карьерах, для ускорения процесса разгерметизации склонов используются горизонтальные дрены. 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
[ редактировать ]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.
Расчистка сланца была 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
[ редактировать ]
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 который сегодня 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 оксид кальция в воду необходимо добавлять или другие основные химические вещества, чтобы нейтрализовать значение pH .
Типичные сорта открытого разреза
[ редактировать ]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 кучного выщелачивания на руднике Пик-Хилл на западе 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
[ редактировать ]Открытая добыча полезных ископаемых является распространенным методом добычи полезных ископаемых и образцов из Земли. Благодаря экономической эффективности этот метод очень популярен и используется во всем мире. Перечислены десять крупнейших открытых карьеров мира в 2015 году. [21]
- 1. Шахта Бингем-Каньон – Юта, США
- 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. Udachnaya Pipe - Siberia, Russia
- 10. Эскондида – Чили
См. также
[ редактировать ]- 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.
- Список карьеров
- Траншея – выкопанный канал в земле.
- Туннель – подземный переход, предназначенный для движения транспорта.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Серафини, Паула (4 мая 2018 г.). «Аргентинская борьба с «мегадобычей» » . Разговор . Проверено 22 апреля 2021 г.
- ^ Прочтите «Эволюционные и революционные технологии для горнодобывающей промышленности» на NAP.edu . 2002. дои : 10.17226/10318 . ISBN 978-0-309-07340-0 .
- ^ «Поставка более 100 клапанов на крупнейший золотой рудник Европы» . АВК Интернешнл . Проверено 11 декабря 2023 г.
- ^ Чен, Джексон (27 октября 2023 г.). «Восстановлено разрешение Agnico на эксплуатацию рудника Киттила в Финляндии» . Майнинг.com . Проверено 11 декабря 2023 г.
- ^ 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 .
- ^ Jump up to: а б с д «Горное дело» . Британская энциклопедия . Проверено 1 апреля 2019 г.
- ^ Jump up to: а б 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 .
- ^ "Открытый карьер" Сообщество горных инженеров (2000), по состоянию на 19 декабря 2011 г.
- ^ 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 .
- ^ «Горнодобывающие отходы» Европейской комиссии по окружающей среде (17 ноября 2011 г.), по состоянию на 19 декабря 2011 г.
- ^ Jump up to: а б 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 .
- ^ 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 .
- ^ Jump up to: а б с Пиявка, Саймон; Макганн, Мэтью (2008). «Разгерметизация склона открытого карьера с использованием горизонтальных дренажей – практический пример» (PDF) . Международная ассоциация шахтных вод .
- ^ 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 .
- ^ С. Мохан; ПК Шриджит; СК Прамада (1 июля 2007 г.). «Оптимизация системы разгерметизации карьера с использованием технологии имитации отжига». Гидротехника . 133 (7).
- ^ «Владельцы карьеров – валлийские и английские предприниматели» . Слейтсайт . 17 октября 2002 г.
- ^ 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 .
- ^ 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 .
- ^ «ВОССТАНОВЛЕНИЕ ШАХТ» Департамент горнодобывающей промышленности и нефти (октябрь 2006 г.), по состоянию на 19 декабря 2011 г.
- ^ "Золотой рудник Пик-Хилл" Основные металлические рудники, месторождения и проекты (2010 г.), доступ 19 декабря 2011 г.
- ^ Mining Global (9 сентября 2015 г.). «10 крупнейших открытых карьеров в мире» .
Внешние ссылки
[ редактировать ]