Кіріспе

Қатты минералдар мен асыл тастарды қазуға қолданылатын тау-кен техникалары

Жер астындағы қатты тау-кен өндірісі – металлдарды қамтитын, мысалы, алтын, күміс, темір, мыс, мырыш, никель, қалайы және қорғасын кендерін қазу үшін қолданылатын әртүрлі жер асты тау-кен техникаларын білдіреді. Бұл техника алмаз бен рубин сияқты асыл тастардың кендерін қазу үшін де пайдаланылады. Жұмсақ тау жыныстары тұз, көмір және мұнай құмы сияқты жұмсақ минералдарды қазуды қамтиды.

Жер астына кіру

Жер асты кеніне қол жеткізу төмендеу (рампа), көлбеу тік шахта немесе адит арқылы мүмкін.

1. Жоспарлау және дайындау

Жоспарлау және дайындық – ядролық бұрғылау процесінің маңызды бастапқы қадамдары. Бұл кезеңде нысанның жан-жақты бағалануы және сәтті бұрғылау операциясын жүзеге асыру үшін қажетті жағдайлар жасалады. Негізгі мәселелер төменде көрсетілген:

А) Жерді бағалау

Бұрғылауды бастамас бұрын, ең қолайлы бұрғылау орындарын анықтау үшін толыққанды жерді бағалау жүргізіледі. Бұл бағалауға бұрғыланатын материалдың түрі, жер астындағы жағдайлар, мүмкін болатын кедергілер (мысалы, жер асты коммуникациялары) және құрылымның беріктігі сияқты факторларды қарастыру кіреді. Осы ақпарат бұрғылауға жарамды аймақтарды анықтауға көмектеседі, қауіптерді азайтуға және дұрыс нәтижелер алуға мүмкіндік береді.

Б) Рұқсаттар мен рұқсаттар

Жердің орналасқан жеріне және нысанды басқаратын ережелерге байланысты, бұрғылау жұмыстарын бастамас бұрын рұқсаттар мен келісімдер алу қажет болуы мүмкін. Бұл жергілікті заңнаманы, экологиялық талаптарды, сондай-ақ кейбір аймақтарда бұрғылауға қойылатын нақты талаптарды түсініп, орындауды қамтиды.

C) Қауіпсіздік мәселелері

Қауіпсіздік кез келген бұрғылау операциясында басты орынға қойылады. Жоспарлау кезеңінде персоналдың, жабдықтың және айналағы ортаның қауіпсіздігін қорғау үшін қауіпсіздік талаптары мен шаралары анықталады. Бұған мүмкін болатын қауіптерді бағалау, төтенше жағдайларға дайындалу жоспарларын жасау және қажетті қауіпсіздік құралдарының қолжетімділігін қамтамасыз ету кіреді.

D) Жабдықтар мен ресурстар

Жоспарлау ядролық бұрғылау операциясы үшін қажетті жабдықтар мен ресурстарды анықтауды да қамтиды. Бұл материалдың түрі, қажетті өзек диаметрі және бұрғылау тереңдігі сияқты факторларға сәйкес бұрғылау қондырғысын, бұрғылау біттерін және керек-жарақтарды таңдауды қамтиды. Бұрғылау жұмыстарының үздіріссіз жүруін қамтамасыз ету үшін сумен жабдықтау, бұрғылау балшығы және салқындатқыштар сияқты жеткілікті ресурстар да ескеріледі.

E) Уақыт кестесі мен логистика

Жобаны тиімді басқару үшін ядролық бұрғылау жобасының мерзімдерін белгілеу өте маңызды. Бұл мерзімдерді белгілеуді, жабдықтар мен персоналды жоспарлауды және жобаға қатысатын басқа да мүдделі тараптармен үйлестіруді қамтиды. Бұл кезеңде жабдықтар мен материалдарды нысанға тасымалдау сияқты логистика да жоспарланады. Ядролық бұрғылауды мұқият жоспарлап, дайындалса, мамандар тәуекелдерді азайтуға, ережелерге сәйкестікті қамтамасыз етуге және бұрғылау процесін оңайлатуға мүмкіндік алады. Нысанды толыққанды бағалау, қажетті рұқсаттарды алу және қауіпсіздік шараларын және жабдық талаптарын қарастыру сәтті және тиімді ядролық бұрғылау операциясына үлес қосады. Төмендеу – кен орнының қабырғасын немесе кен орнының айналасын айналатын спиральді туннель болуы мүмкін. Төмендеу, жер бетіне шығатын портал болып табылатын, «қорапты кесуден» басталады. Артық қабаттың мөлшеріне және тау жыныстарының сапасына байланысты, қауіпсіздік мақсатында мырышталған болаттан жасалған құбыр қажет болуы мүмкін. Олар ашық карьердің қабырғасынан да басталуы мүмкін. Шахталар – кен денесіне жақын орналасқан тік қазбалар. Кенді жүк көлігімен жер бетіне тасымалдау экономикалық тұрғыдан тиімсіз болған жағдайларда шахталар салынады. Тереңде жүк көлігімен тасымалдау шахталық тасымалдаудан арзан, сондықтан шахтада төмендеу және пандус болуы мүмкін. Адиттер – таудың немесе төбенің беткейіне жасалған көлденең қазбалар. Адиттер көлденең немесе көлденеңге жақын кен денелері үшін қолданылады, онда пандус немесе шахта қажет емес. Төмендеулер көбінесе ашық карьердің биік қабырғасынан басталады, егер кен денесінің құны жер астындағы қазба жұмыстарын жүргізуге жеткілікті болса, бірақ ашық әдіспен өндіруге арналған қабаттар арақатынасы тым жоғары болса. Олар сондай-ақ жер астындағы жұмыстардан авариялық қауіпсіздікке кіру және ірі жабдықтарды жұмыс орындарына тасымалдау үшін салынып, күтіліп тұрады.

Кенге қол жеткізу

Кенге қол жеткізу үшін төмендеуден немесе шахтадан көлденең бағытта деңгейлер қазылады. Содан кейін кен қабатына перпендикуляр (немесе дерлік перпендикуляр) бағытта қазбалар жасалады.

Өндірістік тау-кен өндіруге қарсы

Жер асты тау-кен өндірісінің екі негізгі кезеңі бар: даму тау-кен өндірісі және өндірістік тау-кен өндірісі. Даму тау-кен өндірісі кен орнына қол жеткізу үшін (құнды емес) қалдық тастарды қазудан тұрады. Даму тау-кен өндірісінде алты қадам бар: бұрын жарылған материалды алып тастау (тазалау), масштабтау (жұмысшылар мен жабдықты зақымданудан қорғау үшін төбеден және қабырғалардан ілінген тұрақсыз тас плиталарын алып тастау), шабу бетон және т.б. қолдау немесе нығайтуды орнату, қазба бетін бұрғылау, жарылғыш заттарды жүктеу және жарылыс жасау. Кен өндірісін бастау үшін, ең алдымен төменге түсетін жол жасау керек. Бұл жол жоғарыда сипатталғандай "Төңкеріс" деп аталады. Төңкеріс салуды бастамас бұрын, электрмен жабдықтауды, бұрғылауды ұйымдастыруды, суды сығуды, желдетуді және тау-кен массасын шығаруды алдын ала жоспарлау қажет. Өндірістік тау-кен өндірісі екі әдіске бөлінеді: ұзын тесік және қысқа тесік. Қысқа тесікпен өндіру даму тау-кен өндірісіне ұқсас, бірақ ол кенде жүзеге асырылады. Ұзын тесікпен өндірудің бірнеше әдістері бар. Әдетте, ұзын тесікпен өндіру үшін жер бетінен әртүрлі биіктікте (15 м – 30 м аралықта) кен ішінде екі қазба қажет. Екі қазба арасында тесіктер бұрғыланып, жарылғыш заттармен толтырылады. Тесіктер жарылыс жасалып, кен төменгі қазбадан шығарылады.

Желдету

Жер астындағы қатты тау-кен жұмыстарының ең маңызды аспектілерінің бірі – желдету. Желдету – бұрғылау және жарылыс жұмысынан пайда болатын қауіпті газдар мен/немесе шаңдарды (мысалы, кремний шаңы, NOx), дизельдік жабдықтардан (мысалы, дизель бөлшектері, көміртек монооксиді) тазартудың негізгі тәсілі, сондай-ақ тау жынысынан табиғи түрде шығатын газдардан (мысалы, радон газы) қорғану үшін қолданылады. Желдету жұмысшылар үшін жер асты температурасын реттеуге де пайдаланылады. Терең, ыстық шахталарда желдету жұмыс орнын салқындату үшін қолданылады, бірақ өте суық аймақтарда ауа шахтаға кірмес бұрын нөл градустан сәл жоғары температураға дейін жылытылады. Желдету шахталары көбінесе желдетуді жер бетінен жұмыс орындарына жеткізу үшін қолданылады және авариялық эвакуация жолдары ретінде пайдалануға бейімделуі мүмкін. Жер астындағы қатты тау-кендердегі жылудың негізгі көздері – тау жынысының бастапқы температурасы, жабдықтар, автокомпрессия және жарық сулар. Адам денесінің жылуы мен жарылыстар да аз үлес қосады.

Жерден қолдау

Қазылған кеңістіктердің тұрақтылығын сақтау үшін бір түрлі демеушілік қажет. Бұл демеушілік екі түрде болады: жергілікті демеу және жалпы демеу.

Аумақтық жер үстіне қолдау

Аймақтық жерді қолдау негізгі жер қалыптасуының алдын алу үшін қолданылады. Арқа (шатыр) және қабырғаларға тесіктер бұрғыланып, жерді бірге ұстау үшін ұзын болат таяқ (немесе тас бұрандасы) орнатылады. Тас бұрандаларының үш түрі бар, олар тасқа бекітілу әдісімен ерекшеленеді. Олар:

Механикалық бұрандалар

Нысандық зәкір бұрандалары (немесе кеңейту қабықшасы бұрандалары) – жерді қолдаудың кең таралған әдісі. Нысандық зәкір бұрандасы – диаметрі 20–25 мм және ұзындығы 1–4 м болатын металл тақта (өлшемін кен орнының инженерлік бөлімі анықтайды). Бұранданың соңында тесікке салынатын кеңейту қабығы бар. Орнату бұрғысымен бұранданы қатайтқанда, кеңейту қабығы кеңейіп, тасты нығыздап ұстайды. Механикалық бұрандалар уақытша қолдау ретінде қарастырылады, себебі олардың қызмет ету мерзімі коррозияға байланысты төмендейді, олар бетондалмаған. Дрейфтік және толтыру әдісі кесу және толтыру әдісіне ұқсас, бірақ ол кен зоналарында қолданылады, ал олар дрейф әдісімен қазуға мүмкіндік беретінге қарағанда кеңірек. Бұл жағдайда кенде алғашқы дрейф жасалады және консолидацияланған толтыру арқылы толтырылады. Екінші дрейф алғашқы дрейфтің қасына қазылады. Бұл кен зонасы толық еніне дейін қазылғанша жалғасады, содан кейін екінші кесу алғашқы кесудің үстінен басталады. Қысқа тесікпен қазу – тік құламалы кен денелері үшін қолайлы тау-кен қазу әдісі. Бұл әдіс кесу және толтыру тау-кен қазуына ұқсас, бірақ жарылғаннан кейін сынық кен тоқтауда қалады, ол қоршаған тасты қолдауға және жұмыс істеу платформасы ретінде пайдаланылады. Келесі тілімді бұрғылау және жарылу үшін тоқтаудан тек жеткілікті мөлшерде кен алынады. Тоқтау барлық кен жарылғаннан кейін босатылады. Бұл әдіс өте таңдамалы және аздаған қоспаға мүмкіндік береді, бірақ кеннің көп бөлігі кен қазу аяқталғанға дейін тоқтауда қалады, сондықтан капиталға салынған инвестициялардан түсетін пайда кейінгі уақытта алынады. Бұрғылау, содан кейін кен денесінің көлденең тілімдерін жарылу арқылы бөліп алу. Жарылған кен фаза бойынша алынады. Бұл алу дамыған бөлімнің төменгі жағынан жүзеге асырылады. Кенді соңғы тазарту қашықтан басқарылатын LHD машиналарын арқылы жүзеге асырылады. VCR тау-кен қазуында бастапқы және екіншілік тоқтаулар жүйесі жиі қолданылады, онда бастапқы тоқтаулар бірінші кезеңде қазылады, содан кейін келесі тоқтауларды жарылу үшін қабырғаны қолдау үшін цементтелген толтырумен толтырылады. Бүйірлік камералар толтыру қатып қалғаннан кейін алдын ала жоспарланған ретпен қазылады.

Үлкен көлемде тау-кен қазу әдістері

Блоктық үңгірлеу – жоғары сынуға ұшырайтын (әдетте төмен сапалы) ірі, тік бұрышта орналасқан кен денелерін қазу үшін қолданылады. Кен денесінің астынан тасымалдауға қолжетімділікпен қазылған қазылым жасалады, ал тасымалдау деңгейінің жоғарғы және төменгі бөліктері арасында "қоңыраулар" (drawbells) қазылады. Бұл қоңыраулар үңгірдегі тау жынысының құлауына арналған орын қызметін атқарады. Кен денесі қазылымның үстінде бұрғыланып, жарылыс жасалады, ал кен тасымалдау арқылы алынып тасталады. Кен денесінің сынуға бейімділігіне байланысты, алғашқы жарылыстан кейін кен үңгірленіп, қоңырауларға құлайды. Қоңыраулардан кен алынғанда, кен денесі одан әрі үңгірленіп, кеннің үздіксіз ағынын қамтамасыз етеді. Мұндай құрылым – кеншілер "тақсыр шұңқыр" (glory hole) деп атайтын бірнеше конфигурацияның бірі. Оңай үңгірленбейтін кен денелері кейде гидравликалық жарылыс, жарылыс немесе олардың үйлесімі арқылы алдын ала дайындалады. Гидравликалық жарылыс көмірдің қабаттық панельдерінің үстіндегі берік тау жынысын алдын ала дайындауға, сондай-ақ көмір және қатты тау жынысы кен орындарында үңгірленуді тудыруға қолданылады. Бөлме және тіреулі кен өндіру: Бөлме және тіреулі кен өндіру әдетте жалпақ немесе көлбеу бұрышта орналасқан қабатты кен денелерінде жүргізіледі. Бөлмелер қазылғанда, тіреулер белгілі бір үлгіде орнында қалдырылады. Көптеген бөлме және тіреулі шахталарда тіреулер шахтаға кіреберістен ең алыс нүктеден бастап алынып тасталады, бұл төбеге құлауға және шахтаны толтыруға мүмкіндік береді. Бұл тіреулерде аз кен қалдыру арқасында көбірек кенді қалпына келтіруге мүмкіндік береді.

Кенді шығару

Қалың кенді шығару үшін резеңке дөңгелекті жабдықты қолданатын шахталарда кен (немесе "қоқыс") топырақтан (немесе "қоқыстан") орталық буылысқан көлік құралдарымен (богерлер немесе LHD (жүк, тасымалдау, түсіру машинасы) деп аталады) шығарылады. Бұл жабдық дизельдік немесе электрлік қозғалтқыштармен жұмыс істей алады және төмен профильді фронтальды жүк тиегішке ұқсайды. Электрмен жұмыс істейтін LHD икемді, катушкада ұзартылатын немесе кері тартылатын сүйрейтін кабельдерді пайдаланады. Содан кейін кен жүк машинасына салынып, жер бетіне тасымалданады (әлсіз шахталарда). Терең шахталарда кен кен өткізілісінен (тік немесе тік қазба) төгіледі, онда ол жинақтау деңгейіне түседі. Жинақтау деңгейінде ол жақ немесе конус ұсақтағыш арқылы немесе тас бұзатын машина арқылы алғашқы ұсақталудан өтеді. Содан кейін кен конвейерлік ленталармен, жүк көліктерімен немесе кейде пойыздармен шахтаға жеткізіліп, шахта тігізілісінде суға құмыралармен немесе скиптермен көтеріледі және диірменге тасымалдау үшін жер бетіндегі бас қаңқаның астындағы бункерлерге төгіледі. Кейбір жағдайларда жер астындағы негізгі ұсақтағыш кенді еңіс лентасымен тамақтандырады, ол еңіс шахта арқылы тікелей жер бетіне жеткізеді. Кен кен өткізілісі арқылы беріледі, ал кен өндіру жабдықтары кен денесіне жер бетінен еңіс арқылы кіреді.

Терең кен орындары

Әлемдегі ең терең кен орындары – Оңтүстік Африканың Витвотерсранд аймағындағы Мпоненг және Таутона (Батыс терең деңгейлері) алтын кен орындары, олар қазіргі уақытта тереңдігінен асып жұмыс істейді. Азиядағы ең терең істен шыққан кен – Үндістанның Карнатака аймағындағы Колар. 2001 жылы жабылып, негізгі шахтасы 10560 фут (3219 м) тереңдікке жеткен. Бұл аймақ қатты тау жыныстарын өндіру үшін ең қиын жағдайларға ие, ауа температурасы дейін жетеді. Дегенмен, температураны шамамен дейін төмендету үшін үлкен тоңазытқыш станциялар қолданылады. Солтүстік Америкадағы ең терең істен шыққан қатты тау жыныстары кені – Калифорния штатының Грасс-Вэлли қаласындағы Империя кені. 1956 жылы жабылып, негізгі шахтасы 11007 фут (3355 м) еңіс тереңдікке жеткен. Барлық шахталардың жалпы ұзындығы құрайды. Солтүстік Америкадағы ең терең жұмыс істеп жатқан қатты тау жыныстары кені – Канададағы Кидд кені, ол Онтарио штатының Тимминс қаласында мырыш және мыс өндіреді. Ең терең нүктесі 9889 фут (3014 м) болатын бұл кен орны әлемдегі ең терең базалық металл кені болып табылады, ал оның төменгі беті жер бетінен ең терең орналасқан, теңіз суына қол жеткізбейтін нүкте. ЛаРонде кенінің Пенна шахтасы (#3 шахтасы) Батыс жарты шардағы ең терең бір лифт шахтасы деп саналады. Жаңа #4 шахтасы төмен қарай дейін жетеді. ЛаРонде кенінің кеңейтілуі 2016 жылдың маусым айында аяқталды, бұл әлемдегі ең терең ұзын тесік ашық тоқтауларында орналасқан кен. Еуразиядағы және Азиядағы ең терең жұмыс істеп жатқан кен – Талнахта орналасқан Норникельдің Скалисты кені. 2018 жылдың қыркүйегінде жер бетінен тереңдігіне жетті. Еуропадағы ең терең кен – Чехиядағы Прибрамдағы уран кен орындарының 16-шы шахтасы, тереңдігі құрайды. Австралиядағы ең терең қатты тау жыныстары кендері – Квинсленд штатындағы Маунт-Исадағы мыс және мырыш-қорғасын кендері. Әлемдегі ең терең платина-палладий кендері Оңтүстік Африкадағы Меренский рифінде орналасқан, оның қоры 203 миллион трой унцияны құрайды және қазіргі уақытта шамамен тереңдікте жұмыс істейді. Ең терең бұрғылау – Ресейдің Мурманск облысындағы Кола супер терең бұрғылауы. Тереңдігі болатын бұл жер – Жердің ең терең жасанды нүктесі.