Введение

Метод поверхностной добычи

Открытая разработка, также известная как открытые горные работы или карьерная добыча, а в более широком контексте – мегадобыча, является методом поверхностной добычи, при котором горные породы или минералы извлекаются из земли с помощью карьера, иногда называемого карьером для заимствования грунта. Открытые карьеры используются, когда залежи коммерчески ценной руды или горных пород находятся близко к поверхности, где вскрышные работы относительно невелики. В отличие от этого, к более глубоким месторождениям полезных ископаемых можно получить доступ с помощью подземной добычи. Открытая разработка считается одним из самых опасных секторов в промышленности. Она оказывает значительное влияние на здоровье горняков, а также наносит ущерб экологической земле и воде. Открытая разработка вызывает изменения в растительности, почве и коренных породах, что в конечном итоге приводит к изменениям в поверхностном гидрологическом режиме, уровне грунтовых вод и путях потока. Кроме того, открытая разработка производит вредные загрязняющие вещества в зависимости от типа добываемого минерала и используемого процесса добычи.

Экстракция

Шахтеры обычно бурят серию разведочных скважин для обнаружения подземного рудного тела. По извлеченным образцам они могут определить протяженность рудной залежи. Это помогает им определить вероятное местоположение рудных жил или рудных пластов и их коммерческую ценность. Открытые горные выработки, производящие строительные материалы и облицовочный камень, обычно называют карьерами. Открытые карьеры разрабатываются уступами, которые представляют собой вертикальные уровни выемки. Высота уступов зависит от типа разрабатываемого месторождения, добываемого минерала и габаритов используемой техники. Как правило, высота крупных карьерных уступов составляет от 12 до 15 метров. В отличие от этого, многие карьеры не используют уступы, поскольку обычно имеют небольшую глубину. Транспортная дорога обычно располагается вдоль борта карьера, образуя пандус, по которому грузовики поднимаются, перевозя руду и пустую породу.

После закрытия

Открытые карьеры обычно разрабатываются до тех пор, пока не будут исчерпаны запасы полезных ископаемых или пока возрастающее отношение вскрышных пород к руде не сделает дальнейшую добычу экономически невыгодной. После закрытия открытых карьеров их иногда используют в качестве полигонов для захоронения твердых бытовых отходов. Как правило, требуется контроль водных ресурсов, чтобы предотвратить превращение карьера в озеро. Некоторые бывшие карьеры были намеренно преобразованы в искусственные озера, образовав такие районы, как Лаузитцкая озёрная область, Среднегерманская озёрная область или Верхнепфальцская озёрная область. Особую проблему при создании этих озёр представляет кислый шахтный дренаж.

Отходы

Открытые горные выработки создают значительное количество отходов. Ежедневно с крупнейших месторождений может перемещаться почти миллион тонн руды и вскрышных пород, а с небольших – несколько тысяч тонн.

Загрязнители

Открытая добыча полезных ископаемых включает в себя нарушение целостности земной поверхности, что приводит к образованию загрязняющих веществ в воздухе. Основным источником этих веществ является транспортировка минералов, однако существуют и другие факторы, такие как бурение, взрывные работы, погрузка и разгрузка вскрышных пород. Эти загрязнители наносят значительный ущерб здоровью и безопасности населения, а также ухудшают качество воздуха. Вдыхание этих веществ может вызывать заболевания легких и, в конечном итоге, приводить к увеличению смертности.

Гидрология в горнодобывающей промышленности

Открытые горные выработки, эксплуатируемые в районах с развитой сетью грунтовых вод, в конечном итоге могут столкнуться с гидрологическими проблемами. Это включает в себя пучение и разрушение дна выработки из-за избыточного давления подъема. Для решения проблем, вызванных гидрологией, необходимо установить систему контроля грунтовых вод. Проектирование бортов открытой выработки – это динамичный процесс, изменяющийся на протяжении всего срока службы месторождения. Он основывается главным образом на углублении понимания состояния горной массы, включая грунтовые воды и связанные с ними давления, действующие в пределах бортов. Снижение давления грунтовых вод, связанное с давлением в порах, является ключевым фактором при определении возможности реализации геотехнического проекта для бортов открытой выработки. Системы контроля грунтовых вод, включающие скважины для водопонижения и депрессионирования, также могут оказывать значительное влияние на местные грунтовые воды. В связи с этим требуется оптимизированная система контроля, чтобы обеспечить удержание местных и региональных гидрогеологических воздействий в пределах допустимых значений. Депрессионирование открытой выработки – это процесс снятия напряжений или давления в различных участках выработки. Депрессионирование способствует повышению устойчивости и безопасности открытых горных выработок. Использование комплексной программы депрессионирования бортов выработки значительно повышает вероятность достижения плановых показателей добычи с приемлемым уровнем риска. Депрессионирование позволяет существенно расширить выработку и продлить срок ее службы на 10–15 лет. Одним из методов депрессионирования является отжиг. Отжиг – это медленный нагрев и охлаждение металла, сплава или стекла, что позволяет снять внутренние напряжения в окружающих породах. Отжиг повышает обрабатываемость и долговечность материала, что в целом повышает безопасность открытой горной выработки. При возникновении проблем, связанных с давлением грунтовых вод в открытых горных выработках, для ускорения процесса депрессионирования бортов используются горизонтальные дрены. Это помогает предотвратить масштабные обрушения бортов. Горизонтальные дрены используются для снижения порового давления путем уменьшения напора грунтовых вод, что повышает устойчивость бортов.

Реабилитация

После завершения добычи в определенном месте на территории рудника может проводиться рекультивация земель. Отвалы выравниваются для придания им более пологой формы и дополнительной стабилизации. Если руда содержит сульфиды, её обычно покрывают слоем глины, чтобы предотвратить проникновение дождевой воды и кислорода из воздуха, которые могут окислять сульфиды с образованием серной кислоты – явление, известное как кислотный шахтный дренаж. Затем, как правило, поверхность покрывают почвой и высаживают растительность для укрепления материала. Со временем этот слой будет подвергаться эрозии, но обычно надеются, что покрытие замедлит скорость выщелачивания кислоты, позволяя окружающей среде справиться с нагрузкой кислоты и сопутствующих тяжелых металлов. Долгосрочных исследований эффективности этих покрытий нет из-за относительно недавнего начала крупномасштабной добычи открытым способом. Некоторым отвалам может потребоваться от сотен до тысяч лет, чтобы стать "нейтральными к кислотам" и прекратить выщелачивание в окружающую среду. Отвалы обычно огораживают, чтобы предотвратить уничтожение растительности сельскохозяйственными животными. Открытый карьер затем окружается забором для ограничения доступа, и он, как правило, со временем заполняется грунтовыми водами. В засушливых районах заполнение может не произойти из-за глубокого залегания грунтовых вод. В Германии, крупнейшем в мире производителе лигнита (практически весь добываемый лигнит в настоящее время добывается открытым способом), бывшие карьеры обычно превращают в искусственные озера. Для смягчения проблемы кислотного шахтного дренажа, упомянутой выше, затопление часто производят водой из близлежащих рек, а не только грунтовыми водами. В некоторых случаях для нейтрализации pH воды необходимо добавлять оксид кальция или другие щелочные химические вещества.

Типичные сорта открытого резания

Золото обычно извлекается в открытых карьерах при концентрации от 1 до 5 ppm (частей на миллион), но в определенных случаях экономически целесообразно извлекать золото при концентрации 0,75 ppm. Это было достигнуто с помощью крупноблочного кучного выщелачивания на руднике Пик-Хилл в западном Новом Южном Уэльсе, недалеко от города Дуббо, Австралия. Никель, как правило в виде латерита, извлекается открытым способом при содержании до 0,2%. Медь может извлекаться при содержании от 0,11% до 0,2%.

Крупнейшие шахтные шахты

Открытая добыча полезных ископаемых – это распространенный метод извлечения минералов и образцов из Земли. Благодаря своей экономической эффективности этот метод очень популярен и используется во всем мире. Ниже приведен список десяти крупнейших в мире карьеров в 2015 году. 1. Шахта Бингем-Каньон, Юта
2. Шахта Мир, Восточная Сибирь, Россия
3. Золотой карьер Супер Пит, Австралия
4. Большая дыра, Южная Африка
5. Алмазный карьер Диавик, Канада
6. Карьер Халл–Раст–Махонинг по добыче железной руды, Миннесота
7. Шахта Грасберг, Индонезия
8. Чукикамата, Чили
9. Удачная труба, Сибирь, Россия
10. Эскондида, Чили