Кіріспе

Жер бетіндегі кен өндіру тәсілі

Ашық карьерлік кен өндіру, сондай-ақ ашық қазба немесе ашық кесік кен өндіру және кең ауқымда мега кен өндіру деп те аталады, – жерден тау жыныстарын немесе минералдарды карьер арқылы өндіру тәсілі, кейде оны шұңқыр деп те атайды. Ашық карьерлік кен орындары коммерциялық тұрғыдан пайдалы кен немесе тау жыныстары жер бетіне жақын орналасқанда және қаптал жамылғысы салыстырмалы түрде жұқа болғанда қолданылады. Ал тереңде жатқан минералдық кен орындарына жер асты кен өндіру арқылы қол жеткізіледі. Ашық карьерлік кен өндіру индустриялық әлемдегі ең қауіпті салалардың бірі саналады. Бұл кеншілердің денсаулығына, сондай-ақ экологиялық жер мен су ресурстарына елеулі зиян келтіреді. Ашық карьерлік кен өсімдіктер, топырақ және тау жыныстарының құрамына өзгерістер енгізеді, бұл жер бетіндегі су жүйесінің, жер асты сулары деңгейінің және ағыс бағыттарының өзгеруіне әкеледі. Сонымен қатар, ашық карьерлік кен өндіру, қандай минерал өндіріліп жатыр және қандай кен өндіру процесі қолданылып жатыр дегенге байланысты зиянды ластағыштарды бөліп шығарады.

Экстракциялау

Кеншілер әдетте жер асты кен денесін табу үшін сынақ тесіктерінің сериясын бұрғылайды. Алған үлгілерден олар кеннің мөлшерін анықтай алады. Бұл оларға кен талшықтарының немесе кен қабаттарының болу мүмкіндігін және оның коммерциялық құндылығын анықтауға көмектеседі. Құрылыс материалдарын және ірі тастарды өндіретін ашық карьерлер жиі карьерлер деп аталады. Ашық карьерлер тік деңгейлерді көрсететін қабаттарда қазылады. Қабаттардың арақашықтығы қазылатын кенге, қазылатын минералға және қолданылатын техниканың өлшемдеріне байланысты. Әдетте, ірі карьерлердің қабаттары 12-15 метр қалыңдықта болады. Керісінше, көптеген карьерлерде қабаттар қолданылмайды, себебі олар көбінесе беткейлі болады. Кен орнының қабырғасында әдетте тасымалдау жолы орналасқан, ол жүк көліктеріне кен мен тау жынысын тасымалдауға арналған тік жол құрайды.

Жабылудан кейін

Ашық карьерлер әдетте минералдық ресурстар таусылғанға дейін немесе қабатты тау жынысының кенге қатынасы артып, одан әрі кен өндіру экономикалық тұрғыдан тиімсіз болғанша жұмыс істейді. Ашық карьерлер жабылып, кейде қатты қалдықтарды орналастыруға арналған полигонға айналдырылады. Кеніште су көлге айналып кетпеуі үшін әдетте суды бақылаудың белгілі бір түрі қажет болады. Көптеген бұрынғы ашық карьерлер мақсатты түрде жасанды көлдерге айналдырылды, осылайша Лузация көлдері аймағы, Орталық Германия көлдері аймағы немесе Жоғарғы Пфальц көлдері аймағы сияқты аймақтар пайда болды. Бұл көлдердің пайда болуындағы ерекше мәселе – кендік судың қышқылдануы.

Қалдықтар

Ашық карьерлер көп мөлшерде қалдықтарды жасайды. Күн сайын ең ірі карьерлерден шамамен бір миллион тонна кен және тау жынысы қозғалысқа келеді, ал кіші карьерлерден күніне бірнеше мың тонна қозғалады.

Ластаушы заттар

Ашық карьерлік кен өндіру жерді бұзу процесін қамтиды, бұл ауаның ластануына алып келеді. Ауа ластағыштарының басты көзі – минералдарды тасымалдау, бірақ бұрғылау, жарылыс жұмыстары, және қабатты тиеу-түсіру сияқты басқа да факторлар да бар. Мұндай ластағыштар ауа сапасын нашарлатумен қатар, халық денсаулығы мен қауіпсіздігіне айтарлықтай зиян келтіреді. Бұл ластағыштарды тыныс алу арқылы өкпе ауруларына шалдығу қаупі артады, соңында өлім-жітімге әкелуі мүмкін.

Тау-кен саласындағы гидрология

Жер асты сулары мол аймақта жұмыс істейтін ашық карьерлер гидрологиялық мәселелерге тап болуы мүмкін. Бұған шахта төселінің артық көтерілу қысымынан қабынуы және жарылуы жатады. Гидрологиялық мәселелерді шешу үшін жер асты суларын бақылау жүйесі орнатылуы керек. Ашық карьер беткейінің дұрыс жобалануы, карьердің өмірлік циклы бойында өзгеріске ұшырайды. Ол негізінен тау жыныстарының жағдайын, соның ішінде жер асты суларын және беткейлерде әсер етуі мүмкін қысымдарды толық түсінуге негізделген. Тесік қысымына байланысты жер асты суларының азаюы – ашық карьер беткейлері үшін геотехникалық жобалаудың мүмкіндігін анықтаудағы маңызды фактор. Сусыздандыру және қысымды азайту ұңғымаларын қамтитын жер асты суларын бақылау жүйелері жергілікті жер асты суларына да елеулі әсер етуі мүмкін. Осы себепті, жергілікті және аймақтық гидрогеологиялық әсерлердің қабылданатын шектерінде болуын қамтамасыз ету үшін бақылау жүйесінің оңтайландырылған нұсқасы қажет. Ашық карьердегі қысымды азайту – шахтаның әртүрлі бөліктеріндегі кернеуді немесе қысымды жою процесі. Қысымды азайту ашық карьерлерді тұрақтырақ және қауіпсіз етуге көмектеседі. Интеграцияланған карьер беткейлерін қысымды азайту бағдарламасын қолдану арқылы карьер жоспарларын орындау мүмкіндігі және қабылданатын тәуекел деңгейі айтарлықтай артады. Қысымды азайту карьерді кеңейтуге және оның қызмет ету мерзімін 10-15 жылға дейін ұзартуға мүмкіндік береді. Қысымды азайту кезінде қолданылатын әдістердің бірі – рекристалдау. Рекристалдау – металл, қорытпа немесе шыныстың баяу қыздырылуы және салқындатылуы. Бұл баяу қыздыру және салқындату қоршаған аймақтың ішкі кернеуін азайтады. Рекристалдау материалдың өңделу қабілетін және беріктігін арттырады, бұл жалпы ашық карьердегі қауіпсіздікті жақсартады. Жер асты суларының қысымы ашық карьерлерде мәселе тудырғанда, көлденең дренаждар беткейдің қысымын азайту процесін жеделдетуге көмектеседі. Бұл карьердегі кең ауқымды құлаудың алдын алуға көмектеседі. Көлденең дренаждар жер асты суларының деңгейін төмендету арқылы тесік қысымын төмендету үшін қолданылады, бұл беткейдің тұрақтылығын арттырады.

Оңалту

Кен қазу жұмыстары аяқталғаннан кейін, кен алаңы жерді қайта жаңартудан өтуі мүмкін. Қоқыс үйінділері оларды тегістеу және одан әрі тұрақтандыру үшін контурланып жасалады. Егер кенде сульфидтер болса, жаңбыр мен ауадан келетін оттегінің кіруіне жол бермеу үшін әдетте саз қабатымен жабылады, себебі сульфидтердің тотығуы күкірт қышқылының түзілуіне алып келуі мүмкін, бұл құбылыс кендік судың қышқылдануы деп аталады. Содан кейін бұл әдетте топырақпен жабылып, материалды консолидациялауға көмектесу үшін өсімдіктер отырғызылады. Ақырында бұл қабат эрозияға ұшырайды, бірақ жабынның арқасында сіңу немесе қышқылдың жылдамдығы азайып, қоршаған орта қышқыл мен оған қосылған ауыр металдардың жүктемесін көтере алады деп үміттеніледі. Ашық карьерлік кен өндіріс салыстырмалы түрде жақында ғана пайда болғандықтан, осы жабындардың тиімділігін зерттеуге қатысты ұзақ мерзімді зерттеулер жоқ. Кейбір қоқыс үйінділерінің "қышқылдық бейтараптыққа" қол жеткізіп, қоршаған ортаға зиян келтіруін тоқтатуы үшін жүздеген, тіпті мыңдаған жылдар қажет болуы мүмкін. Үйінділер әдетте малдың өсімдіктерді жеуіне жол бермеу үшін қоршалады. Ашық карьердің айналына қоршау қойылып, кіруге тыйым салынады, және ол әдетте жер асты суларымен толады. Құрғақ аймақтарда жер асты суларының деңгейі терең болғандықтан толмауы мүмкін. Әлемдегі лигниттің ең ірі өндірушісі Германияда (қазіргі кезде барлық кендер ашық карьерде қазылады) бұрынғы кен орындары әдетте жасанды көлдерге айналдырылады. Жоғарыда айтылған кендік судың қышқылдануы мәселесін азайту үшін су тасқыны жасау үшін жер асты суларын ғана емес, жақын жердегі өзендердің суларын да пайдаланады. Кейде судың pH деңгейін бейтараптандыру үшін суға кальций оксиді немесе басқа негізгі химиялық заттар қосылуы керек.

Типтік ашық кесінді сорттары

Алтын әдетте ашық карьерлерде 1-ден 5 ppm (миллионнан бір бөлік) концентрацияда өндіріледі, бірақ кейбір жағдайларда 0,75 ppm алтын өндіру экономикалық тұрғыдан тиімді. Бұл Австралияның Жаңа Оңтүстік Уэльс штатындағы, Дуббо қаласына жақын орналасқан Пик-Хилл кенішінде ірі көлемді үйіндіге сіңдіру арқылы қол жеткізілді. Никель, көбінесе латерит түрінде, 0,2% концентрацияға дейін ашық карьерлерде өндіріледі. Мыс 0,11%-тан 0,2%-ға дейін төменгі кендеуде де өндірілуі мүмкін.

Ең ірі ашық шахталар

Ашық карьерлік кен өндіру – Жерден минералдар мен сынамаларды алудың көп қолданылатын әдісі. Тиімділігіне байланысты, бұл әдіс өте танымал және бүкіл әлемде қолданылады. 2015 жылғы әлемдегі ең ірі он ашық карьердің тізімі төменде келтірілген. 1. Бингхам Каньоны кені – Юта штаты
2. Мир кеніші – Шығыс Сібір, Ресей
3. Супер Пит алтын кеніші – Австралия
4. Үлкен Шұңқыр – Оңтүстік Африка
5. Диавик алмаз кеніші – Канада
6. Hull–Rust–Mahoning ашық карьерлік темір кеніші – Миннесота штаты
7. Грасберг кеніші – Индонезия
8. Чукикамата – Чили
9. Удачная трубкасы – Сібір, Ресей
10. Эскондида – Чили