Подземный способ добычи¶

Подземный способ добычи — это совокупность методов извлечения полезных ископаемых из недр Земли путём проведения горных выработок под землёй, без вскрытия поверхности над месторождением. В отличие от открытого способа, при котором порода извлекается из карьеров, подземная добыча применяется для залегающих на значительной глубине (обычно свыше 100—150 метров) руд, угля, солей и других твёрдых полезных ископаемых, когда открытая разработка становится экономически нецелесообразной или технически невозможной. Основная цель подземной добычи — обеспечение доступа к полезному ископаемому с минимальным нарушением земной поверхности, что сопряжено с необходимостью крепления выработок, вентиляции, водоотлива и обеспечения безопасности горнорабочих.

¶История развития

Подземная добыча полезных ископаемых имеет многовековую историю. Первые подземные горные выработки появились ещё в эпоху неолита (около 6000 лет до н. э.), когда люди начали добывать кремень, медь и олово. В Древнем Египте, Греции и Римской империи подземным способом разрабатывались рудники золота, серебра, меди и свинца. Римляне, в частности, применяли систему камер и столбов, а также использовали акведуки для водоотлива.

В Средние века в Европе подземная добыча получила развитие в горнодобывающих районах Германии (Рудные горы, Гарц), Чехии (Йиглава, Кутна-Гора) и Швеции. В XVI веке увидел свет труд Георга Агриколы «De Re Metallica», обобщивший опыт горного дела того времени, включая описание штолен, шахт, вентиляции и использования водяного колеса для подъёма руды.

В России активная подземная добыча началась в XVIII веке при Петре I, когда были заложены рудники на Урале (например, знаменитые железные рудники горы Благодать) и в Сибири (Нерчинские серебряные рудники). В XIX—XX веках с промышленной революцией внедрились паровые и электрические машины, позволившие значительно увеличить глубину шахт (до 1—2 км) и объёмы добычи. Крупнейшие шахты мира сегодня достигают глубины более 3 км (например, золотые рудники ЮАР).

¶Классификация способов подземной добычи

Подземная добыча классифицируется по типу доступа к месторождению, способу разрушения горной массы и по системам разработки.

¶По типу доступа

Шахтный способ. Наиболее распространённый метод, при котором к залежи проходят вертикальные или наклонные стволы шахт, соединяющие поверхность с горизонтальными выработками (штреками, квершлагами). Шахта обеспечивает доступ, подъём полезного ископаемого, спуск материалов, вентиляцию и спуск-подъём людей.
Штольневый способ. Применяется в холмистой или горной местности, когда залежь обнажается на склоне. От поверхности в сторону месторождения проходят горизонтальную или наклонную выработку — штольню. Этот метод не требует вертикальных стволов и дорогостоящего подъёма, но ограничен рельефом.

¶По способу разрушения горной массы

Буровзрывной. Классический метод: в массиве бурят шпуры, закладывают взрывчатку и подрывают. Применяется для крепких и средних по крепости пород.
Механический. Разрушение породы горными комбайнами, проходческими щитами, стругами (для угля), отбойными молотками. Используется на мягких и хрупких породах (уголь, калийные соли).
Гидравлический. Разрушение струёй воды под высоким давлением (гидродобыча). Применяется ограниченно, например, на россыпных месторождениях.
Физико-химический (скважинная гидродобыча, подземное выщелачивание, выплавление серы). Через скважины с поверхности подают растворитель или теплоноситель, растворяющий или расплавляющий полезное ископаемое, а на поверхность извлекают полученный раствор или расплав. Характерен для добычи солей, урана, серы, битумов.

¶По системам разработки

Система разработки — это порядок и способ проведения выработок, обеспечивающий безопасную и эффективную выемку полезного ископаемого. Основные классификационные группы (по классификации профессора П.М. Цимбаревича):

Системы с естественным поддержанием очистного пространства (камерные, камерно-столбовые). В рудном теле оставляют целики — столбы неотбитой руды, которые поддерживают кровлю. Применяются для крепких пород и руд средней крепости.
Системы с обрушением руды и вмещающих пород (этажное обрушение, подэтажное обрушение, система с обрушением кровли). Руду вынимают блоками, после чего кровлю искусственно или естественно обрушают. Эффективны для мощных залежей.
Системы с закладкой выработанного пространства. После выемки руды пустоты заполняют закладочным материалом (песок, шлак, цементная смесь). Обеспечивают управление горным давлением и позволяют добывать руду в сложных условиях (глубинные шахты, неустойчивые породы).
Комбинированные системы (например, слоевая выемка с закладкой, щитовые системы для угля).

¶Основные процессы подземной добычи

Подземная горная выработка включает несколько последовательных этапов:

Проходка стволов и капитальных выработок. Создание доступа к месторождению: вертикальных или наклонных стволов, штолен, квершлагов, главных штреков.
Подготовительные работы. Проведение выработок, разделяющих рудное тело на блоки или панели (откаточные и вентиляционные штреки, орты).
Очистная выемка. Непосредственное извлечение полезного ископаемого из массива в очистных забоях.
Транспортировка. Доставка отбитой горной массы от забоя к подъёмным установкам (вагонетками, конвейерами, скреперными лебёдками).
Подъём на поверхность. По стволу шахты с помощью скипов (для руды) или клетей (для людей и материалов).
Вентиляция, водоотлив и энергоснабжение. Постоянное обеспечение свежим воздухом, откачка воды и подача электроэнергии к оборудованию.

¶Техника и оборудование

Подземная добыча требует специализированной горной техники:

Проходческие комбайны (для мягких пород) и буровые установки (для крепких).
Погрузочные машины (пневматические, электрические, дизельные).
Шахтные вагонетки, конвейеры, электровозы и самосвалы (с низким профилем).
Подъёмные машины (скипы, клети, многоканатные шкивы).
Вентиляторы главного проветривания (центробежные и осевые).
Шахтные водоотливные установки (насосы с гидравликой).
Системы крепления (рамные, анкерные, набрызгбетонные, тюбинговые).

¶Преимущества и недостатки

Преимущества подземного способа:

Возможность добычи на больших глубинах (более 1,5–2 км).
Меньшее нарушение ландшафта и изъятие земель по сравнению с карьерами.
Отсутствие вскрышных пород в отвалах.
Возможность разработки месторождений под застроенными территориями, лесами, водоёмами.

Недостатки:

Высокая себестоимость добычи из-за необходимости крепления, вентиляции, водоотлива.
Повышенная опасность для персонала (обвалы, взрывы газа, загазованность, тепловые удары).
Ограниченные объёмы добычи по сравнению с крупными карьерами.
Сложность логистики внутри шахты.
Необходимость захоронения пустой породы или откачки вод, загрязнённых взвешенными частицами и реагентами.

¶Влияние на окружающую среду

Несмотря на меньший поверхностный след, подземная добыча оказывает существенное воздействие на экосистемы:

Оседание и провалы земной поверхности над выработанными пространствами (мульды сдвижения), что может разрушать здания, дороги и природные объекты.
Шахтные воды, содержащие растворённые соли, металлы (железо, марганец, кадмий), кислоты (серная кислота от окисления сульфидов), часто сбрасываются в водоёмы, вызывая их загрязнение.
Выбросы метана (при добыче угля) — мощного парникового газа; также выбросы породной пыли.
Шум и вибрация от взрывов и горных машин.

Для минимизации ущерба применяют закладку выработанного пространства, очистку шахтных вод, дегазацию угольных пластов и рекультивацию нарушенных земель.

¶Подземная добыча в России

Россия — одна из ведущих стран по подземной добыче угля, руд чёрных и цветных металлов, алмазов. Основные бассейны и месторождения:

Уголь: Кузнецкий (Кемеровская область), Печорский (Республика Коми), Донецкий (Ростовская область) — шахты разрабатывают антрациты и коксующийся уголь.
Руды: Кольский полуостров (медно-никелевые руды), Норильский промышленный район (медно-никелевые с платиноидами), Урал (железные руды, медь), Сибирь (полиметаллы, золото).
Алмазы: рудники «Мир» (Якутия) — до закрытия в 2017 году — и новый рудник «Удачный» (подземная часть).
Калийные соли: Верхнекамское месторождение (Пермский край) — крупнейший в мире бассейн калийных солей.

Крупнейшие российские угольные шахты («Распадская», «Котинская», «Талдинская») имеют глубину до 500–700 м, а медно-никелевые рудники Норильска — до 1,5 км.

¶Перспективы развития

Современные тенденции подземной добычи направлены на автоматизацию и роботизацию процессов, использование беспилотных самосвалов и буровых установок, а также внедрение геоинформационных систем (ГИС) для управления горными работами. Разрабатываются методы с минимальным выносом породы на поверхность (например, кустовое подземное выщелачивание). Прогнозируется рост спроса на подземную добычу при исчерпании запасов, доступных для открытых работ, и необходимости вовлечения в эксплуатацию более глубоких горизонтов.

¶Источники

Георг Агрикола. О горном деле и металлургии (De Re Metallica). 1556.
Бурчаков А.С., Егоров П.В., Шашкин Г.А. Технология подземной разработки рудных месторождений. М.: Недра, 1991.
Цимбаревич П.М. Основы горного дела. М.: Госгортехиздат, 1960.
Букейханов Н.Р., Гребенкин С.С. Горные машины и оборудование подземных разработок. М.: Изд-во МГГУ, 2004.
Старостин В.И., Игнатов П.А. Геология полезных ископаемых. М.: Академический проект, 2019.
Справочник по горному делу / под ред. В.С. Литвиненко. СПб.: Горный институт, 2015.

BFOmetr — база данных и аналитика по компаниям России.

На главную BFOmetr →