Карьер

Карьер — это совокупность горных выработок, образованных при добыче полезных ископаемых открытым способом. Представляет собой крупное искусственное углубление в земной коре, имеющее форму ступенчатой воронки или чаши. Карьеры относятся к горно-промышленным ландшафтам и являются основным типом горных предприятий для добычи твёрдых полезных ископаемых (угля, руд, строительных материалов) в тех случаях, когда залежи залегают неглубоко от поверхности.

История развития

Открытый способ добычи полезных ископаемых является одним из древнейших. Первые карьеры появились ещё в эпоху неолита, когда люди начали добывать кремень, обсидиан и другие породы для изготовления орудий труда. В Древнем Египте существовали крупные карьеры по добыче известняка и песчаника для строительства пирамид (например, карьер в Гизе). Античные цивилизации (Древняя Греция, Рим) активно разрабатывали мраморные карьеры для возведения храмов и скульптур.

В Средние века масштабы открытых горных работ оставались относительно небольшими. Перелом наступил в XVIII-XIX веках с началом промышленной революции. Рост потребности в угле, железной руде и строительных материалах привёл к увеличению глубины и объёмов карьеров. Появление паровых машин, а затем и электрических экскаваторов, железнодорожного транспорта и мощных насосов для водоотлива позволило разрабатывать месторождения, ранее недоступные для открытых работ.

В XX веке, особенно во второй его половине, технологии открытой добычи достигли колоссальных масштабов. Появились карьеры глубиной более 500–700 метров, такие как Бингем-Каньон (США) или Чукикамата (Чили). В СССР и России крупнейшие карьеры создавались для добычи угля (Канско-Ачинский бассейн, Кузбасс), железной руды (КМА, Карелия, Урал) и алмазов (Якутия). Современные карьеры представляют собой высокомеханизированные предприятия с годовыми объёмами добычи, достигающими десятков и сотен миллионов тонн горной массы.

Классификация карьеров

Карьеры классифицируются по нескольким признакам:

По виду добываемого полезного ископаемого

• Рудные — для добычи металлических руд (железо, медь, золото, никель, уран и др.).
• Угольные (разрезы) — для добычи каменного и бурого угля.
• Нерудные — для добычи строительных материалов (песок, гравий, известняк, мрамор, гранит, глина) и химического сырья (апатиты, фосфориты, соли).
• Россыпные — для добычи золота, платины, алмазов, олова из россыпей.

По положению относительно земной поверхности

• Наземные — расположенные на суше (подавляющее большинство).
• Подводные — разрабатываемые в акваториях морей, озёр, рек (например, добыча песка и гравия со дна).

По форме и расположению

• Продольные — вытянутые вдоль простирания залежи.
• Кольцевые — разрабатываемые вокруг центрального подъёма (при куполообразных залежах).
• Ступенчатые — с типичным террасообразным профилем (наиболее распространённый тип).

Устройство и элементы карьера

Основными элементами карьера являются:

• Борт карьера — боковая поверхность, ограничивающая выемку. Состоит из уступов (ступеней).
• Уступ — часть борта в виде ступени, включающая горизонтальную площадку (берму) и вертикальный или наклонный откос. Высота уступа обычно составляет 10–30 метров.
• Берма — горизонтальная площадка на уступе, предназначенная для размещения горного оборудования, транспорта или для обеспечения устойчивости борта.
• Забой — поверхность горной породы, с которой непосредственно производится выемка.
• Дно карьера — нижняя горизонтальная поверхность, на которой заканчиваются горные работы.
• Предохранительная берма — широкая площадка, оставляемая для предотвращения обрушения борта.
• Траншея — наклонная выработка, служащая для въезда (выезда) транспорта или для вскрытия месторождения.

Технология открытых горных работ

Процесс разработки карьера включает несколько последовательных этапов:

1. Вскрышные работы — удаление пустых пород, покрывающих полезное ископаемое. Это самый объёмный и затратный этап. Вскрыша может составлять от нескольких метров до сотен метров (коэффициент вскрыши — отношение объёма пустой породы к объёму полезного ископаемого).
2. Подготовка горной массы — рыхление породы (буровзрывным способом, механическими рыхлителями или гидромониторами) для последующей выемки.
3. Выемочно-погрузочные работы — извлечение породы из забоя и погрузка на транспортные средства. Основное оборудование: экскаваторы (механические лопаты, роторные, цепные), драглайны, погрузчики.
4. Транспортирование — перемещение горной массы из карьера к отвалам (для вскрыши) или на обогатительную фабрику (для полезного ископаемого). Используются автомобильные самосвалы (особенно большегрузные, грузоподъёмностью до 360 тонн), железнодорожные составы, конвейеры, скиповые подъёмники.
5. Отвалообразование — складирование пустых пород в специально отведённых местах (отвалах), расположенных за пределами карьера.
6. Водоотлив — откачка грунтовых и атмосферных вод, поступающих в карьер. Для этого используются мощные насосные станции и дренажные системы.

Крупнейшие карьеры мира

• Бингем-Каньон (США, штат Юта) — один из крупнейших рудных карьеров мира. Глубина — около 1200 метров, ширина — 4 км. Добыча меди, молибдена, золота и серебра ведётся с 1906 года.
• Чукикамата (Чили) — самый большой по объёму вынутой горной массы карьер в мире. Глубина — более 850 метров. Крупнейшее в мире месторождение меди.
• Мир (Россия, Якутия) — алмазный карьер глубиной 525 метров и диаметром около 1,2 км. Был одним из крупнейших в мире, в настоящее время добыча подземным способом продолжается.
• Эскондида (Чили) — крупнейший в мире карьер по добыче меди (глубина около 645 метров).
• Коркинский угольный разрез (Россия, Челябинская область) — один из крупнейших угольных карьеров в Европе и мире. Глубина — более 500 метров, диаметр — около 3 км.
• Калгурли (Австралия) — золотой карьер, объединяющий несколько открытых выработок, общей глубиной около 600 метров.

Воздействие на окружающую среду и рекультивация

Открытая добыча полезных ископаемых оказывает значительное воздействие на природную среду:

• Изменение рельефа — создание антропогенных форм (карьерные выемки, отвалы, хвостохранилища).
• Нарушение почвенного покрова — полное уничтожение почв на площади карьера и отвалов.
• Загрязнение атмосферы — выбросы пыли (от взрывных работ, транспорта, ветровой эрозии отвалов) и газов (от работы техники).
• Загрязнение вод — сбросы шахтных вод, содержащих взвешенные вещества, соли тяжёлых металлов, нефтепродукты.
• Гидрологическое воздействие — осушение территорий, понижение уровня грунтовых вод.
• Шумовое и вибрационное воздействие — от работы горной техники и взрывов.

После завершения отработки карьера проводится рекультивация — комплекс работ по восстановлению продуктивности и хозяйственной ценности нарушенных земель. Выделяют два этапа:

1. Горнотехническая рекультивация — выравнивание отвалов, формирование откосов, нанесение плодородного слоя почвы.
2. Биологическая рекультивация — посадка деревьев, кустарников, посев трав, создание сельскохозяйственных угодий или водоёмов (затопление карьера).

В некоторых случаях отработанные карьеры используются как искусственные водоёмы для рекреации, рыбоводства или как полигоны для захоронения отходов.

Перспективы развития

Основные направления развития открытых горных работ включают:

• Увеличение глубины карьеров (до 1–1,5 км) за счёт совершенствования технологий откосов и транспорта.
• Внедрение автоматизированных и роботизированных систем управления горной техникой (беспилотные самосвалы, дистанционно управляемые экскаваторы).
• Разработка более эффективных и экологичных методов вскрышных работ (например, использование гидромониторов и земснарядов).
• Совершенствование методов рекультивации и вторичного использования карьерных пространств.
• Переход к комбинированным (открыто-подземным) способам разработки глубокозалегающих месторождений.

Источники

• Горная энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия, 1984–1991.
• Трубецкой К. Н., Потапов М. Г., Винницкий К. Е. Открытые горные работы: Справочник. — М.: Горное дело, 2013.
• Мельников Н. В. Краткий справочник по открытым горным работам. — М.: Недра, 1982.
• Ржевский В. В. Открытые горные работы. — М.: Недра, 1985.
• Материалы Министерства природных ресурсов и экологии Российской Федерации.