Открытые горные работы: технология и оборудование¶

Открытые горные работы — способ добычи полезных ископаемых, при котором горные породы извлекаются с поверхности земли без проведения подземных выработок. Этот метод также называют карьерным, или открытой разработкой месторождений. Он применяется для добычи угля, руд чёрных и цветных металлов, строительных материалов, алмазов и других ископаемых, залегающих относительно неглубоко от поверхности.

¶Технологическая схема

Процесс открытых горных работ включает несколько последовательных этапов, которые в совокупности образуют технологический цикл.

¶Подготовка горных пород к выемке

Первым этапом является подготовка породы к экскавации. Для мягких и рыхлых пород (песок, глина) подготовка не требуется или ограничивается рыхлением. Для скальных и полускальных пород применяется буровзрывной способ: в массиве бурятся скважины, в которые закладывается взрывчатое вещество, после подрыва которого порода дробится на куски, пригодные для погрузки.

¶Выемочно-погрузочные работы

На этом этапе разрыхлённая или природно-мягкая порода загружается в транспортные средства. Основным оборудованием являются экскаваторы различных типов:

• Механические лопаты (прямая лопата) — предназначены для погрузки породы выше уровня стояния машины.
• Гидравлические экскаваторы — универсальны, могут работать как с прямой, так и с обратной лопатой.
• Роторные и цепные экскаваторы — применяются для непрерывной разработки мягких и однородных пород.

¶Транспортирование горной массы

Доставка породы от забоя к пунктам разгрузки (отвалам, дробильным фабрикам, складам) осуществляется несколькими видами транспорта:

• Железнодорожный транспорт — эффективен при больших расстояниях перевозки и крупных грузопотоках.
• Автомобильный транспорт — наиболее мобильный, используется с карьерными самосвалами грузоподъёмностью от 40 до 360 тонн.
• Конвейерный транспорт — применяется для перемещения мягких пород или предварительно дроблёной скальной массы на большие расстояния.
• Гидротранспорт — перемещение породы в потоке воды по трубопроводам, используется при гидромеханизации.

¶Отвалообразование

Вынутая вскрышная порода (пустая порода, покрывающая полезное ископаемое) складируется в специально отведённых местах — отвалах. Отвалы формируются отвалообразователями, бульдозерами или драглайнами. Различают внешние отвалы (за пределами карьерного поля) и внутренние (в выработанном пространстве карьера).

¶Основные элементы карьера

Открытые горные работы ведутся в пределах карьера — горного предприятия, представляющего собой систему уступов. Ключевые элементы:

• Борт карьера — боковая поверхность, ограничивающая выработку.
• Уступ — ступень в борту карьера, имеющая площадку и откос.
• Рабочая площадка — горизонтальная поверхность уступа, на которой размещается оборудование.
• Забой — часть уступа, непосредственно разрабатываемая экскаватором.

¶Оборудование для открытых горных работ

Парк техники на карьерах включает машины для всех технологических процессов.

¶Буровое оборудование

Для бурения взрывных скважин применяются буровые станки — вращательного, ударно-вращательного и ударно-канатного бурения. Современные станки оснащаются системами автоматического управления процессом.

¶Выемочное оборудование

Помимо экскаваторов, для выемки пород используются драглайны (экскаваторы с канатным ковшом, подвешенным на стреле), скреперы (машины, срезающие слой породы и транспортирующие его в ковше) и бульдозеры для вспомогательных работ.

¶Транспортное оборудование

Основной вид — карьерные самосвалы с шарнирно-рамой или жёсткой рамой. На крупнейших карьерах мира работают самосвалы грузоподъёмностью до 450 тонн (например, БелАЗ-75710). Также применяются думпкары (вагоны-самосвалы) для железнодорожного транспорта и конвейерные системы с лентами шириной до 3 метров.

¶Преимущества и недостатки

¶Преимущества

• Более высокая производительность труда по сравнению с подземным способом.
• Меньшая себестоимость добычи.
• Лучшие условия безопасности труда и возможность применения крупногабаритной техники.
• Более полное извлечение полезного ископаемого (меньшие потери).

¶Недостатки

• Значительное нарушение земной поверхности и ландшафта.
• Зависимость от климатических условий (осадки, морозы).
• Необходимость удаления больших объёмов вскрышных пород.
• Запылённость и загазованность атмосферы в районе карьера.

¶Рекультивация

После завершения отработки месторождения проводится рекультивация — восстановление нарушенных земель. Она включает технический этап (выравнивание откосов, нанесение плодородного слоя) и биологический этап (посадка растений). Выработанные пространства карьеров часто заполняются водой, образуя искусственные водоёмы.

¶Крупнейшие карьеры

К числу крупнейших открытых горных выработок мира относятся: карьер Бингем-Каньон (США, штат Юта), медный карьер Чукикамата (Чили), алмазный карьер Мир (Россия, Якутия) и угольный разрез Богатырь (Казахстан). В России открытым способом добывается значительная часть угля (Кузбасс, Канско-Ачинский бассейн) и железной руды (КМА, Карелия).