Карьер – это место для добычи ископаемых открытым способом

Так карьеру выделяют горный отвод . Принцип открытой разработки заключается в том, что расположенные сверху более мощные слои пустых пород, покрывающих полезное ископаемое, в пределах горного отвода разделяется на горизонтальные слои - уступы , которые вынимают последовательно в направлении сверху вниз с опережением нижних слоев верхними. Высота уступа зависит от прочности пород и применяемой техники и колеблется от нескольких метров до нескольких десятков метров.

История

Открытые горные работы известны из эпохи палеолита. Первые большие карьеры появились в связи со стройками в Древнем Египте пирамид. Позже в античном мире в карьерах в больших масштабах добывался мрамор. Расширение области применения открытого способа разработки с помощью карьеров держалось вплоть до нач. ХХ века, за отсутствием высокопродуктивных машин для вынимания и перемещения больших объемов вскрышных пород. На конец ХХ века в карьерах добывалось 95 % строительных горных пород, более 70 % руд, 90 % бурого и 20 % каменного угля.

Основными взрывчатыми веществами, применяемыми при разработке карьеров в Советском союзе, в 1920-е годы были аммонал и аммониты , в 1930-е - динамоны , в годы Великой отечественной войны - оксиликвиты и аммониты, а с 1956 года по 1960-е - игданит .

Элементы карьера

Дно карьера

Дном карьера является площадка нижнего уступа карьера (что называется также подошвой карьера). В условиях разработки крутых и наклонных тел полезных ископаемых минимальные размеры дна карьера определяются с учетом условий безопасного вынимания и нагрузки горных пород из последнего уступа: по ширине - не меньше 20 м, по длине - не меньше 50-100 м.

В условиях разработки морфологически сложных залежей значительного протягивания дно карьера может иметь ступенчатую форму.

Глубина карьера

Глубина карьера - это расстояние по вертикали между уровнем земной поверхности и дном карьера или расстояние от верхнего контура карьера до нижнего. Различают проектную, конечную и предельную глубину карьера. (См. глубокий карьер).

Самые глубокие карьеры в мире достигают глубины почти 1 км. Самым глубоким карьером является Бингем-Каньон (штат Юта , США), карьер Чукикамата (Чили) имеет глубину более 850 м.

Предельный контур карьера

Предельный контур карьера - контур карьера на период его погашения, то есть прекращения работ по выемке полезного ископаемого и вскрыши.

Технология и организация работ в карьере

Карьер представляет собой систему уступов (как правило, верхние - породные или вскрышные, нижние - добычные), которые постоянно подвигаются, обеспечивая выемку горной массы в контурах карьерного поля.

Перемещение горной массы осуществляется различными видами транспорта. Транспортные связи в карьере обеспечиваются постоянными или скользящими съездами, а с поверхностью - траншеями. В процессе эксплуатации происходит перемещение рабочих уступов, в результате чего увеличивается выработанное пространство. Во время вскрышных работ покрывающие породы перемещают в отвалы, которые иногда размещают в выработанном пространстве. При глубине карьера до 100 м с крепкими содержащими породами в себестоимости 1 м³ вскрыши до 25-30 % занимают буровзрывные работы , 12-16 % - экскавация , 35-40 % - транспорт и 10-15 % - строительство самого карьера. С увеличением глубины карьера часть расходов на транспорт увеличивается до 60-70 %.

Рабочая зона карьера

Рабочая зона карьера - это зона, в которой осуществляются вскрышные и добычные работы. Она характеризуется совокупностью вскрышных и добычных уступов , одновременно находящихся в работе. Положение рабочей зоны определяется высотными отметками рабочих уступов и длиной их фронта работ. Рабочая зона представляет собой перемещающуюся и изменяющуюся во времени поверхность, в пределах которой осуществляются работы по подготовке и выемке горной массы. Она может охватывать один, два или все борта карьера. При строительстве карьера рабочая зона, как правило, включает только вскрышные уступы, а к окончанию горно-капитальных работ - и добычные. Число вскрышных, добычных и горно-подготовительных забоев в рабочей зоне не может устанавливаться произвольно, так как от этого зависит выполнение планов по отдельным видам работ. В рабочей зоне карьера каждый экскаватор в процессе работы занимает определенную горизонтальную площадь, которая характеризуется шириной рабочей площадки и длиной экскаваторного блока.

При разработке горизонтальных и пологих месторождений малой и средней мощности высотное положение рабочей зоны карьера остается неизменным. При разработке наклонных и крутых месторождений, а также мощных изометрических залежей рабочая зона постепенно понижается вместе с увеличением глубины карьера.

Подвигание фронта работ в карьере

Подвигание фронта работ в карьере - один из показателей интенсивности разработки месторождения. Подвигание фронта работ в карьере характеризуется скоростью, то есть расстоянием перемещения фронта горных работ, выраженным в метрах за единицу времени (по большей части - за год). Скорость зависит от масштаба работ, вида и конструкции погрузочного и транспортного оборудования, которое применяется, способа перемещения фронта горных работ и высоты уступов, которые отрабатываются. Различают веерное, равнобежное и смешанное подвигание фронта работ в карьере.

Подвигание веерное - перемещение фронта горных работ при разработке карьерного поля (его части ли) округлой формы, что характеризуется большей скоростью подвигания отделенных от поворотного пункта участков фронта (перемещение фронта в плане «веером», «по вееру»).

Подвигание фронта равнобежное - перемещение фронта горных работ параллельно одной из осей карьерного поля от одной его границы к другой или с промежуточного положения до контуров.

Подвигание фронта смешанное - комбинация разных схем подвигания фронта горных работ, например, равнобежного и веерного.

Глубина развития деформаций в карьере

Глубина развития деформаций в карьере - горизонтальное расстояние от начального положения верхней бровки откоса (верхней бровки контуру карьера) к последней трещине, которая визуально прослеживается в направлении, противоположному направлению движения смещенных масс укоса.

См. также

Напишите отзыв о статье "Карьер"

Примечания

Литература

• Мельников Н. В. Справочник инженера и техника по открытым горным работам, 4 изд.. - М ., 1961.
• Ржевский В. В. Технология, механизация и автоматизация процессов открытых горных разработок. - М ., 1966.
• Ржевский В. В. Технология и комплексная механизация открытых горных работ. - М ., 1968.
• Кулешов Н. А., Анистратов Ю. И. Технология открытых горных работ. - М ., 1968.

Ссылки

Отрывок, характеризующий Карьер

Со времени этого известия и до конца кампании вся деятельность Кутузова заключается только в том, чтобы властью, хитростью, просьбами удерживать свои войска от бесполезных наступлений, маневров и столкновений с гибнущим врагом. Дохтуров идет к Малоярославцу, но Кутузов медлит со всей армией и отдает приказания об очищении Калуги, отступление за которую представляется ему весьма возможным.
Кутузов везде отступает, но неприятель, не дожидаясь его отступления, бежит назад, в противную сторону.
Историки Наполеона описывают нам искусный маневр его на Тарутино и Малоярославец и делают предположения о том, что бы было, если бы Наполеон успел проникнуть в богатые полуденные губернии.
Но не говоря о том, что ничто не мешало Наполеону идти в эти полуденные губернии (так как русская армия давала ему дорогу), историки забывают то, что армия Наполеона не могла быть спасена ничем, потому что она в самой себе несла уже тогда неизбежные условия гибели. Почему эта армия, нашедшая обильное продовольствие в Москве и не могшая удержать его, а стоптавшая его под ногами, эта армия, которая, придя в Смоленск, не разбирала продовольствия, а грабила его, почему эта армия могла бы поправиться в Калужской губернии, населенной теми же русскими, как и в Москве, и с тем же свойством огня сжигать то, что зажигают?
Армия не могла нигде поправиться. Она, с Бородинского сражения и грабежа Москвы, несла в себе уже как бы химические условия разложения.
Люди этой бывшей армии бежали с своими предводителями сами не зная куда, желая (Наполеон и каждый солдат) только одного: выпутаться лично как можно скорее из того безвыходного положения, которое, хотя и неясно, они все сознавали.
Только поэтому, на совете в Малоярославце, когда, притворяясь, что они, генералы, совещаются, подавая разные мнения, последнее мнение простодушного солдата Мутона, сказавшего то, что все думали, что надо только уйти как можно скорее, закрыло все рты, и никто, даже Наполеон, не мог сказать ничего против этой всеми сознаваемой истины.
Но хотя все и знали, что надо было уйти, оставался еще стыд сознания того, что надо бежать. И нужен был внешний толчок, который победил бы этот стыд. И толчок этот явился в нужное время. Это было так называемое у французов le Hourra de l"Empereur [императорское ура].
На другой день после совета Наполеон, рано утром, притворяясь, что хочет осматривать войска и поле прошедшего и будущего сражения, с свитой маршалов и конвоя ехал по середине линии расположения войск. Казаки, шнырявшие около добычи, наткнулись на самого императора и чуть чуть не поймали его. Ежели казаки не поймали в этот раз Наполеона, то спасло его то же, что губило французов: добыча, на которую и в Тарутине и здесь, оставляя людей, бросались казаки. Они, не обращая внимания на Наполеона, бросились на добычу, и Наполеон успел уйти.
Когда вот вот les enfants du Don [сыны Дона] могли поймать самого императора в середине его армии, ясно было, что нечего больше делать, как только бежать как можно скорее по ближайшей знакомой дороге. Наполеон, с своим сорокалетним брюшком, не чувствуя в себе уже прежней поворотливости и смелости, понял этот намек. И под влиянием страха, которого он набрался от казаков, тотчас же согласился с Мутоном и отдал, как говорят историки, приказание об отступлении назад на Смоленскую дорогу.
То, что Наполеон согласился с Мутоном и что войска пошли назад, не доказывает того, что он приказал это, но что силы, действовавшие на всю армию, в смысле направления ее по Можайской дороге, одновременно действовали и на Наполеона.

Когда человек находится в движении, он всегда придумывает себе цель этого движения. Для того чтобы идти тысячу верст, человеку необходимо думать, что что то хорошее есть за этими тысячью верст. Нужно представление об обетованной земле для того, чтобы иметь силы двигаться.
Обетованная земля при наступлении французов была Москва, при отступлении была родина. Но родина была слишком далеко, и для человека, идущего тысячу верст, непременно нужно сказать себе, забыв о конечной цели: «Нынче я приду за сорок верст на место отдыха и ночлега», и в первый переход это место отдыха заслоняет конечную цель и сосредоточивает на себе все желанья и надежды. Те стремления, которые выражаются в отдельном человеке, всегда увеличиваются в толпе.
Для французов, пошедших назад по старой Смоленской дороге, конечная цель родины была слишком отдалена, и ближайшая цель, та, к которой, в огромной пропорции усиливаясь в толпе, стремились все желанья и надежды, – была Смоленск. Не потому, чтобы люди знала, что в Смоленске было много провианту и свежих войск, не потому, чтобы им говорили это (напротив, высшие чины армии и сам Наполеон знали, что там мало провианта), но потому, что это одно могло им дать силу двигаться и переносить настоящие лишения. Они, и те, которые знали, и те, которые не знали, одинаково обманывая себя, как к обетованной земле, стремились к Смоленску.
Выйдя на большую дорогу, французы с поразительной энергией, с быстротою неслыханной побежали к своей выдуманной цели. Кроме этой причины общего стремления, связывавшей в одно целое толпы французов и придававшей им некоторую энергию, была еще другая причина, связывавшая их. Причина эта состояла в их количестве. Сама огромная масса их, как в физическом законе притяжения, притягивала к себе отдельные атомы людей. Они двигались своей стотысячной массой как целым государством.
Каждый человек из них желал только одного – отдаться в плен, избавиться от всех ужасов и несчастий. Но, с одной стороны, сила общего стремления к цели Смоленска увлекала каждою в одном и том же направлении; с другой стороны – нельзя было корпусу отдаться в плен роте, и, несмотря на то, что французы пользовались всяким удобным случаем для того, чтобы отделаться друг от друга и при малейшем приличном предлоге отдаваться в плен, предлоги эти не всегда случались. Самое число их и тесное, быстрое движение лишало их этой возможности и делало для русских не только трудным, но невозможным остановить это движение, на которое направлена была вся энергия массы французов. Механическое разрывание тела не могло ускорить дальше известного предела совершавшийся процесс разложения.
Ком снега невозможно растопить мгновенно. Существует известный предел времени, ранее которого никакие усилия тепла не могут растопить снега. Напротив, чем больше тепла, тем более крепнет остающийся снег.
Из русских военачальников никто, кроме Кутузова, не понимал этого. Когда определилось направление бегства французской армии по Смоленской дороге, тогда то, что предвидел Коновницын в ночь 11 го октября, начало сбываться. Все высшие чины армии хотели отличиться, отрезать, перехватить, полонить, опрокинуть французов, и все требовали наступления.
Кутузов один все силы свои (силы эти очень невелики у каждого главнокомандующего) употреблял на то, чтобы противодействовать наступлению.
Он не мог им сказать то, что мы говорим теперь: зачем сраженье, и загораживанье дороги, и потеря своих людей, и бесчеловечное добиванье несчастных? Зачем все это, когда от Москвы до Вязьмы без сражения растаяла одна треть этого войска? Но он говорил им, выводя из своей старческой мудрости то, что они могли бы понять, – он говорил им про золотой мост, и они смеялись над ним, клеветали его, и рвали, и метали, и куражились над убитым зверем.
Под Вязьмой Ермолов, Милорадович, Платов и другие, находясь в близости от французов, не могли воздержаться от желания отрезать и опрокинуть два французские корпуса. Кутузову, извещая его о своем намерении, они прислали в конверте, вместо донесения, лист белой бумаги.
И сколько ни старался Кутузов удержать войска, войска наши атаковали, стараясь загородить дорогу. Пехотные полки, как рассказывают, с музыкой и барабанным боем ходили в атаку и побили и потеряли тысячи людей.
Но отрезать – никого не отрезали и не опрокинули. И французское войско, стянувшись крепче от опасности, продолжало, равномерно тая, все тот же свой гибельный путь к Смоленску.

Бородинское сражение с последовавшими за ним занятием Москвы и бегством французов, без новых сражений, – есть одно из самых поучительных явлений истории.
Все историки согласны в том, что внешняя деятельность государств и народов, в их столкновениях между собой, выражается войнами; что непосредственно, вследствие больших или меньших успехов военных, увеличивается или уменьшается политическая сила государств и народов.
Как ни странны исторические описания того, как какой нибудь король или император, поссорившись с другим императором или королем, собрал войско, сразился с войском врага, одержал победу, убил три, пять, десять тысяч человек и вследствие того покорил государство и целый народ в несколько миллионов; как ни непонятно, почему поражение одной армии, одной сотой всех сил народа, заставило покориться народ, – все факты истории (насколько она нам известна) подтверждают справедливость того, что большие или меньшие успехи войска одного народа против войска другого народа суть причины или, по крайней мере, существенные признаки увеличения или уменьшения силы народов. Войско одержало победу, и тотчас же увеличились права победившего народа в ущерб побежденному. Войско понесло поражение, и тотчас же по степени поражения народ лишается прав, а при совершенном поражении своего войска совершенно покоряется.
Так было (по истории) с древнейших времен и до настоящего времени. Все войны Наполеона служат подтверждением этого правила. По степени поражения австрийских войск – Австрия лишается своих прав, и увеличиваются права и силы Франции. Победа французов под Иеной и Ауерштетом уничтожает самостоятельное существование Пруссии.

Основные понятия и определения

Карьер – горное предприятие , осуществляющее добычу полезного ископаемого открытым способом (открытыми горными работами).

Карьер – выемка в земной коре , ограниченная искусственно созданной поверхностью, являющаяся результатом работ по добыче полезного ископаемого открытым способом.
В практике открытой разработки угольных и россыпных месторождений термин карьер принято заменять соответственно терминами разрез и прииск.
Вскрыша – выемка пород, покрывающих полезное ископаемое, для обеспечения к нему полного доступа. Вскрыша осуществляется горизонтальными или слабонаклонными слоями, при этом боковая поверхность карьера приобретает уступную форму. для вскрыши чаще всего применяются экскаваторный или гидравлический способы.
Уступ – часть боковой поверхности карьера, имеющая форму ступени.

Рисунок 1 – основные элементы уступа:

1 – верхняя площадка уступа.
2 – нижняя площадка уступа.
3 – откос уступа.
4 – верхняя бровка уступа.
5 – нижняя бровка уступа.
6 – забой уступа.
h – высота уступа.
& — угол откоса уступа.

Рабочая площадка уступа – площадка уступа, на которой размещается основное оборудование для его отработки Ширина рабочей площадки уступа превышает его высоту в 2 –4 раза.
Берма – площадка, на которой работа не производится. Различают предохранительные и транспортные (соединительные) бермы.
Откос уступа — наклонная поверхность, ограничивающая уступ со стороны выработанного пространства.
Угол откоса – угол, образуемый плоскостью уступа и горизонтальной плоскостью.
Забой уступа – часть уступа, служащая объектом воздействия горного оборудования.

Особенности открытого способа:

необходимость удаления из карьера значительных объемов вкрышных пород, затраты на разработку которых составляют основную часть общих затрат на добычу полезного ископаемого;
необходимость соблюдения определенного порядка отработки слоев – выемку нижних слоев можно начинать только после отработки (выемки) вышележащих слоев;
неограниченная возможность использования крупногабаритного высокопроизводитель-ного специального горного оборудования, обеспечивающего комплексную механизацию и автоматизацию всех производственных процессов.

Преимущества открытого способа:

возможность обеспечения высокого уровня автоматизации и механизации горных работ;
высокая производительность труда;
низкая себестоимость полезного ископаемого;
более безопасные условия труда;
более полное извлечение полезного ископаемого;
меньшие капитальные затраты.

Недостатки открытого способа:

зависимость некоторых параметров технологии от климатических условий;
значительный экологический ущерб при ведении горных работ.
Основные показатели открытых горных работ:
годовая производительность карьера по полезному ископаемому и вскрыше;
коэффициент вскрыши;
месячная производительность труда рабочего по полезному ископаемому;
затраты на 1 м3 вскрыши;
производственная и полная себестоимость полезного ископаемого;
капитальные затраты на 1т (1 м3) полезного ископаемого;
годовая прибыль и рентабельность карьера.

Для сравнения различных вариантов проектирования карьера используются приведенные затраты

Зп=(С+Ен К)Q, руб
где С – себестоимость 1 т полезного ископаемого, руб/т;
Ен – нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений = 0,1 – 0,2;
к – капитальные затраты на 1 т полезного ископаемого, руб;
Q – годовой объем добычи полезного ископаемого, т.

Понятие о коэффициенте вскрыши

Коэффициент вскрыши определяется отношением объемного или весового количества вскрыши к количеству добытого или подлежащего добыче полезного ископаемого. В зависимости от размерности коэффициент вскрыши называется весовым (т/т), объемным (м3/м3) и смешанным (вскрыша/полезное ископаемое м3/т).
Различают средний, текущий, контурный, граничный и плановый коэффициенты вскры-ши.
Средний коэффициент Кср определяется отношением объема Vв вскрыши к объему Vи полезного ископаемого в конечных контурах карьера

Кср = Vв/ Vи

Текущий коэффициент вскрыши Кт определяется отношением объема Vв.т вскрыши, пе-ремещенного из карьера или в пределах его границ за определенный промежуток времени (год, квартал, месяц) к объему Vи.т полезного ископаемого, добытого за тот же про-межуток времени
Кт = Vв.т/ Vи.т
Контурный коэффициент вскрыши Кк определяется отношением объема вскрыши к объ-ему полезного ископаемого, извлекаемому при изменении конечных контуров карьера.
Граничный коэффициент вскрыши Кгр характеризует удельный максимальный объем перемещаемых пород, при котором затраты на добычу единицы полезного ископаемого открытым способом не превышают аналогичных затрат Сп при подземном способе, т.е.

Значения коэффициентов вскрыши являются важными показателями открытых горных работ. Они служат для определения экономически целесообразных границ открытых горных работ и глубины карьеров при разработке наклонных и крутых залежей, зале-гающих на значительной глубине, а также для планирования и регулирования производ-ства карьера и себестоимости добываемого угля.

Карьер и его элементы. Определение параметров элементов карьера

Карьерное поле – месторождение или его часть, предназначенная для отработки одним карьером. Под этим термином следует понимать геометрическое тело сложной конфигу-рации, заключенное в конечных контурах карьера.
Борт карьера – боковая поверхность, ограничивающая карьер.
Подошва карьера – поверхность, ограничивающая карьер снизу.
Верхний и нижний контуры карьера – линии пересечения борта карьера соответственно с дневной поверхностью и подошвой.
Угол откоса борта карьера – угол, образуемый бортом карьера и горизонтальной плоско-стью, проходящей через его подошву.
Рабочий борт карьера – борт, на котором в настоящий момент ведутся горные работы.
Глубина карьера – усредненное расстояние между подошвой и усредненной отметкой дневной поверхности.
Конечные контуры карьера – контуры, соответствующие моменту окончания открытых горных работ. Им соответствуют конечная глубина карьера и конечные размеры в плане. Конечный контур на дневной поверхности называется также технической границей карьера.

К главным параметрам карьера относятся объем горной массы в контурах, конечная глубина, размеры по подошве, углы откосов бортов, запасы полезного ископаемого в конту-рах и размеры на уровне дневной поверхности.
Объем Vг.м горой массы в контурах карьера, характеризующий масштаб горных работ. срок существования и производительность карьера можно определить по формуле чл.-кор. АН СССР В.В. Ржевского:

и решив квадратное уравнение относительно Hк получим формулу для определения промежуточной глубины карьера, при которой текущий коэффициент вскрыши будет равен граничному коэффициенту

Аналитические методы расчета конечной глубины карьеров являются достаточно при-ближенными, так как они не могут учесть всех горно-геологических, топографических и других особенностей месторождения. Для более точного решения этой задачи применя-ются другие методы – графические, графо-аналитические и метод вариантов. Технико-экономические расчеты показывают, что ряд месторождений страны целесообразно разрабатывать до глубины 700 – 800 м.
Балансовые запасы – запасы, отвечающие требованиям кондиций, разработка которых экономически целесообразна при современном уровне развития техники и технологии.
Забалансовые запасы – запасы, разработка которых экономически нецелесообразна при современном уровне развития техники и технологии.
Промышленные запасы – часть балансовых запасов, подлежащая извлечению из недр.
Проектные потери – часть балансовых запасов, проектируемая к безвозвратному оставлению в недрах. На карьерах потери составляют 3 – 10 %.

Зависимость открытых горных работ от природных факторов

Обоснование экономической целесообразности использования открытого способа горных работ и выбор их технологии и механизации зависит от:
рельефа топографической поверхности месторождения;
положения залежи относительно поверхности;
угла падения, мощности и формы залежи;
климатических и гидрогеологических условий.
Рельеф поверхности может представлять равнину, склон, возвышенность, холмистую поверхность, водную поверхность.
В зависимости от положения залежи относительно поверхности она может быть:
поверхностной – мощность покрывающих пород 25 –30 м;
глубинной — мощность покрывающих пород более 30 м;
высотной – выше господствующего уровня топографической поверхности;
глубинно-высотной.

По углу падения различают следующие залежи:
горизонтальные;
пологие – угол падения 0 – 12о;
наклонные — угол падения 13 – 30о;
крутые – угол падения более30о.
По мощности различают залежи:
пологие по вертикальной мощности
весьма малой мощности – 3-5 м;
малой мощности – 6 –20 м;
средней мощности – 20-40 м;
мощные более 40 м.
наклонные и крутые – по горизонтальной мощности
весьма малой – 15 –20 м;
малой – 25-75 м;
средней – 75 – 100 м;
большой мощности более 100 м.

По строению различают простые, сложные и рассредоточенные залежи.

Простые залежи имеют однородное строение.
Сложные залежи содержат прослойки пустых пород и некондиционного полезного ископаемого.
Рассредоточенные залежи содержат прослойки полезного ископаемого в виде тел, распределенных в массиве вмещающих пород.

Кстати, посмотрите фотоотчем архитектора, который побывал на самом крупном

Хотите узнать больше и получать новый статьи прямо на свое e-mail, тогда

составляет важную часть экономики многих государств, включая Россию. Кроме подземной добычи ее важную часть составляет разработка открытым способом - в том случае, если залежи располагаются сравнительно неглубоко. Для этого используются современные технологии, применяется множество видов карьерной спецтехники.

Трудно сказать, когда человечество начало разработку первого в своей истории карьера. Но наверняка это произошло раньше, чем был вырыт первый рудник: добывать ископаемые, находящиеся непосредственно под поверхностью, а то и на ней, - много проще. Так или иначе, будет верным сказать, что человечество эволюционировало вместе с технологией добычи полезных минералов и строительных материалов. В ходе разработки карьера вынимаются и подвергаются сортировке миллионы тонн породы, что не может не влиять на состояние окружающей среды, как минимум - в местном масштабе. Тем не менее потребность цивилизации в полезных ископаемых, начиная с угля и заканчивая драгоценными металлами, век от века растет - а соответственно, растут и масштабы добычи.

К положительным сторонам добычи полезных ископаемых открытым способом нужно отнести такие факторы, как простота подготовительных (вскрышных и других) работ, относительная безопасность участников производственного процесса, сравнительно невысокие затраты на изыскательские работы и собственно добычу, большая производительность при извлечении породы.

Однако, помимо достоинств, у открытой разработки есть и свои недостатки. К ним относятся большое число работающей в карьере техники и оборудования, а значит, и немалые затраты на его приобретение и обслуживание. С углублением котлована растут и расходы на разработку залежей: доставка породы на обогатительный комбинат или пункт предварительной сортировки требует все больших усилий и все более длинных маршрутов для техники, следовательно, растут и затраты компании-разработчика.

Технологический цикл добычи полезных ископаемых открытым способом начинается с геологоразведки.

Необходимо не только найти залежи, но и оценить их объем, состав породы и глубину залегания на предмет целесообразности добычи. Далее проводятся предварительные работы на месте будущих разработок, которые включают в себя осушение (иногда обводнение) территории, прокладку коммуникаций (подъездные пути, электричество, связь, Интернет), выкорчевывание леса и возведение административных и вспомогательных построек. Сколько времени проходит с момента завершения геологоразведки до окончания предварительных работ, однозначно сказать нельзя: это зависит от инвестиций в будущий карьер, характера местности, климатических и погодных факторов.

При добыче полезных ископаемых открытым способом - будь то залежи угля, марганца, руд, содержащих металлы, - широко используют карьерные экскаваторы - машины циклического действия, малосвязные или черпающие разрушенные породы и перемещающие их последовательно, прерывая копание на время перемещения породы. Вскрытие месторождений, выемка минералов и их последующая погрузка в транспортные средства - основные функции этих машин. Наряду с гигантскими многоковшовыми шагающими экскаваторами, роторными и канатными электрическими машинами наибольшее распространение при разработках открытым способом получили гидравлические карьерные экскаваторы на гусеничном ходу.

Характерный образец машин этого типа - R9250. Оснащенный ковшом объемом 15 кубометров, он отлично подходит для работы с самосвалами 100-тонного класса. В зависимости от условий работы модель оснащается дизельной либо электрической силовой установкой мощностью 287 л.с.. Скорость вращения поворотного мотора - 8 оборотов в минуту. Машина может оснащаться как прямой, так и обратной лопатой и способна работать даже при экстремально низких температурах: до минус 40-50 градусов Цельсия. У модели R9250, как и у других машин семейства экскаваторов Liebherr, низкий центр тяжести и большая глубина копания: 8,7 метра. Полная масса машины - 253,5 тонны.

Собственно разработка карьера начинается со вскрышных работ.

Необходимо удалить поверхностный, пустой слой породы, под которой находятся залежи полезных ископаемых. Для этого слоями удаляется грунт, в результате чего по периметру будущего карьера образуется каскад уступов. Если раньше для этих целей широко применялись буровзрывные работы, то сегодня для вскрышных работ чаще используется специальная техника, прежде всего - экскаваторы и погрузчики, а для вывоза пустой породы - карьерные самосвалы. Чем тоньше поверхностный слой - тем более эффективны горные работы: эффективность разработки открытым способом определяется соотношением перемещенной пустой породы к результату добычи. Количество кубических метров снятого грунта делится на тоннаж изъятого ископаемого.

Карьерный погрузчик

Обладающие куда более внушительными размерами, чем их строительные собратья, эти землеройно-транспортные машины на колесном или гусеничном ходу имеют в качестве главного рабочего органа ковш вместимостью до 10 кубометров и более, шарнирно закрепленный на конце стрелы и разгружающийся вперед. К функциям карьерных погрузчиков относятся рыхлительные и бульдозерные работы, резка и транспортировка породы, а также ее загрузка в кузов самосвала.

Современные машины этого типа имеют эксплуатационную массу до 62 тонн. Кроме фронтального ковша в качестве сменного оборудования для карьерных погрузчиков используются бульдозерный нож, рыхлитель, грузоподъемная платформа и другие агрегаты.

Яркий представитель семейства карьерных погрузчиков - модель именитого японского производителя спецтехники . Этот карьерный погрузчик имеет эксплуатационную массу 55 тонн и оснащен ковшом объема 7,03 кубометра. Оригинальный силовой агрегат погрузчика SAS6D170E-7 мощностью 529 лошадиных сил соответствует стандартам экологичности Tier 4 Final. По словам компании-разработчика, модель имеет целый ряд улучшений сравнительно с техникой Komatsu предыдущих поколений - в частности, у WA600-8 существенно улучшена обзорность кабины, а кресло оператора снабжено функцией подогрева.

Та же самая техника используется для непосредственной добычи полезных ископаемых.

В настоящее время из соображений экономической целесообразности многие процессы автоматизируются - например, все более широкое распространение получают беспилотные самосвалы, не требующие наличия водителя и часто вообще не имеющие кабины; встречаются и объекты, где управление процессом добычи осуществляется полностью дистанционно («умный карьер»). При более высоких первоначальных затратах такой подход гарантирует значительную экономию на оплате труда персонала, а кроме того, обеспечивает безопасность жизни и здоровья сотрудников добывающего предприятия. Тем не менее даже работа в технически оснащенном карьере по-прежнему считается довольно тяжелой, а порой и экстремальной для человеческого организма и поэтому требует высокой физической и психологической стабильности. В то же время вред от работы в карьере для человеческого организма намного меньше, чем в шахте, а уровень травматизма - существенно ниже.

Полезные ископаемые, добываемые в карьере, подвергаются дроблению и сортировке на месте либо транспортируются самосвалами в перевалочные пункты и далее - на обогатительные комбинаты. Вывоз породы из карьера осуществляется карьерными самосвалами; наиболее вместительные образцы этой техники способны транспортировать около пятисот тонн груза - однако по дорогам общего пользования эта техника в силу своих габаритов передвигаться не может, поэтому к месту работ ее обычно доставляют в разобранном виде, по железной дороге, автотрассе или морским транспортом.

На смену буро-взрывным методам при разработке полезных ископаемых открытым способом все чаще приходят карьерные комбайны, позволяющие не только добывать материал, но и погружать его напрямую в грузовики либо укладывать в отвалы. Если самосвал занят другой работой, срезанная комбайном порода подается по конвейеру и отсыпается в отвал. Именно так работают комбайны компании . В зависимости от угла поворота их конвейера материал может складироваться в один отвал с 3-5 заходов срезания породы. В дальнейшем материал загружается в кузов самосвала с помощью карьерного погрузчика. В зависимости от высоты полученного отвала при помощи фронтального погрузчика возможно выполнять погрузку материала.

Наиболее производительные карьерные комбайны Wirtgen для разработки мягких и крепких горных пород 4200SM рассчитаны на глубину фрезерования до 830 и 650 миллиметров при ширине фрезерования 4,2 метра. Кроме своей основной задачи - добычи угля, известняка, боксита, железной руды, фосфатов, горючего сланца, кимберлита, соли - эти карьерные комбайны способны эффективно работать в строительстве, включая дорожное. В частности, этим машинам по силам выполнение таких функций, как прокладка трассы для строительства дорог и сооружения рельсового пути, точное фрезерование траншей, плоскостей и откосов, фрезерование каналов, формирование подошвы тоннеля и восстановление дорог.

Открытым способом добывают множество ценных ископаемых: уголь, янтарь, мрамор, алмазы - список можно продолжать очень долго. А разработка карьера может продолжаться от нескольких лет до многих десятилетий. Например, разработка карьера Бингем-Каньон в США, штат Юта, глубина котлована которого в настоящее время составляет 1200 метров, продолжается с 1863 года.

На особенности добычи влияет множество факторов; горняки говорят, что двух идентичных карьеров в принципе не существует. Тем не менее большинство этих сооружений имеет ряд общих элементов; среди них - рабочий и нерабочий борт; дно или подошва - нижняя площадка уступа; нижний и верхний контуры; вскрышные и очистные уступы; площадки (ниже откоса, выше откоса); пункт приема породы; транспортные коммуникации. Периметр подошвы карьера определяется удобством добычи породы и ее погрузки в карьерные самосвалы.

Карьерные самосвалы - разновидность внедорожных машин этого типа, используемых при разработке месторождений открытым способом. Из-за внушительных размеров их эксплуатация на дорогах общего пользования невозможна - и к месту работ их доставляют в разобранном виде. Наиболее целесообразной для тяжелых самосвалов признана схема с двумя осями, с разгрузкой назад, с задним или полным приводом Отдельный подкласс карьерных самосвалов составляют машины шарнирно-сочлененной конструкции, для которых используется трехосная схема. Например, такие, как выпускает южноафриканская компания Bell - каждый пятый шарнирно-сочлененный самосвал в мире сходит с ее конвейера. Главная особенность этой техники - наименьшая масса во всех классах грузоподъемности, что достигается благодаря применению высокопрочного сварного шасси из легированной стали и долговечных, оптимизированных для уменьшения веса, компонентов. Среди других особенностей - мощные двигатели Mercedes Benz и трансмиссии со встроенным замедлителем ZF и Allison. Одна из популярных моделей - B50D с колесной формулой 6×6 при собственной массе 34,5 тонны способна перевозить 45,4 тонны груза. Она оснащена дизельным двигателем мощностью 523 л.с. и 640-литровым топливным баком. Из систем безопасности самосвала нужно отметить автоматический горный тормоз, функцию быстрой заливки топлива с сухим затвором и мониторинг давления в шинах и защиту кабины от опрокидывания и падающих предметов.

Как уже было сказано выше, добыча полезных ископаемых не проходит даром для экологии.

Устройство карьера разрушает ландшафт, складывавшийся веками, а порой и тысячелетиями. Выкорчевываются многие гектары лесов, осушаются озера, производятся взрывные работы, изменяется уровень грунтовых вод. Тысячи кубометров почвы, которые могли бы быть использованы в сельскохозяйственных целях, в ходе вскрышных работ превращаются в отвалы. В зависимости от химического состава грунта отвалы могут содержать элементы, опасные не только для растительного и животного мира, но и для здоровья людей, живущих в близлежащих населенных пунктах. Их жители также страдают от высокого уровня шума, загрязнения сточных вод и выбросов угарного газа от двигателей спецтехники и оборудования.

Несмотря на то, что добыча полезных ископаемых открытым способом наносит ощутимый вред окружающей среде, вредные последствия от нее можно минимизировать. Для этого выработанные карьеры часто заполняют водой, создавая искусственные водоемы, а на прилегающих территориях проводят рекультивацию, засаживая их деревьями и кустарниками. Что касается отвальных пород, из них нередко получают минеральные удобрения, глинозем, а также некоторые виды строительных материалов. Все эти меры позволяют не только частично компенсировать ущерб, нанесенный природе открытыми разработками, но зачастую и получить экономическую выгоду. В мире год от года растет число предприятий, специализирующихся, занятых окультуриванием территории выработанных карьеров и переработкой отходов добычи.

Карьеры, разрезы, в которых добывают уголь, каменоломни позволяют людям ежегодно получать миллионы тонн ценных природных материалов. Только в России открытым способом получают более 4/5 от общего объема железной руды и горно-химического сырья, до 2/3 руд цветных металлов, почти весь объем неметаллических полезных ископаемых и строительных горных пород, более трети угля, причем в ближайшей перспективе намечено довести удельный вес его добычи до 56-60%. Из-за своей высокой экономической эффективности добыча открытым способом превалирует и в ряде других стран, располагающих значительными залежами полезных ископаемых, - США, Канаде, Австралии и Китае.

Нередко первичная переработка полезных ископаемых выполняется непосредственно на месте добычи. Для этого используется различное . Например, для обработки известняка и других материалов с невысокой абразивностью хорошо подходят роторные дробилки с горизонтальным валом Telsmith первичного и вторичного дробления. Они сконструированы с большим запасом прочности и имеют цельный массивный ротор, что является их основным преимуществом сравнительно с представленными на рынке аналогами, а также большую камеру дробления, которая обеспечивает высокую производительность и кубовидную форму материала на выходе. Наиболее производительная из дробилок для первичного дробления - Telsmith 6071 с приводом мощностью 800-1500 л.с., которая имеет производительность 1000-2100 тонн в час. Дробилка эксплуатационной массой 89 тонн рассчитана на максимальный размер входящего куска 1422 мм. Из дробилок для вторичного дробления наиболее производительная - Telsmith 5263 с приводом мощностью 300 л.с,; ее производительность достигает 320 тонн в час. Эта модель рассчитана на максимальный размер входящего куска 406 мм; вес дробилки - 22 тонны.

Руду, уголь и другие твердые полезные ископаемые, если они залегают вблизи земной поверхности, обычно добывают не в шахтах, а открытым способом. Вначале месторождение откапывают - удаляют прикрывающую его толщу горных пород. Горняки называют этот процесс вскрытием месторождения. Затем из образовавшегося котлована, или карьера, добывают полезное ископаемое. Крупные карьеры достигают в поперечнике нескольких километров, а в глубину -200-300 м.

Карьер - это гигантская ступенчатая воронка. Ступени - горняки называют их уступа-м и - бывают шириной в несколько десятков метров. На них прокладывают автомобильные или железные дороги, мощные ленточные конвейеры. Как правило, карьеры строят с помощью экскаваторов, породу и руду вывозят автомобилями-самосвалами и электровозами с составом самоопрокидывающихся вагонов - д у м п к а р о в. Экскаваторы зачерпывают грунт ковшами и перегружают его на ленточные конвейеры, в кузова автосамосвалов и в думпкары. С уступа на уступ ведут пологие откосы - съезды. Поднимаясь по ним, горный транспорт везет груз на поверхность. Полезное ископаемое доставляют сразу на обогатительную фабрику, а пустые породы - в отвал (см. Обогащение полезных ископаемых).

Кроме разнообразных экскаваторов и машин горного транспорта, в современном карьере работают б у л ь д о з е р ы, с к р е п е р ы, б у -р о в ы е станки. Часто в нем гремят взрывы - это разрушают крепкие горные породы (см. Взрыв, взрывные работы). На некоторых карьерах применяют гидромеханизацию.

Перед шахтой у карьера много преимуществ. В его огромном открытом пространстве работают самые большие машины из когда-либо созданных человеком - шагающие и роторные экскаваторы, каждый из которых заменяет сразу тысячи землекопов. Потому производительность труда в карьере в несколько раз выше, чем в шахте, а добытые уголь и руда получаются более дешевыми. Шахтеры вынуждены оставлять под землей иногда до половины запасов полезного ископаемого в так называемых целиках - естественных подземных колоннах, которые сдерживают громадное давление толщи вышележащих пород. В карьере такой необходимости нет, и полезное ископаемое извлекают практически полностью.

Но самое главное преимущество карьера - освобождение горняков от нелегкого подземного труда.

Однако сделать выбор между карьером и шахтой подчас очень сложно. Тут требуется точный расчет - окупит ли полезное ископаемое расходы на вскрытие месторождения, можно ли будет после того, как закончится извлечение полезного ископаемого, восстановить нарушенную поверхность земли. И все-таки выбор все чаще останавливается на карьере. В Советском Союзе уже 3/4 всех твердых полезных ископаемых добывают в карьерах.

В статье рассказывается о том, что такое карьер, какие они бывают, как ведется их разработка и для чего они вообще нужны.

Добыча сырья

Еще в древние времена люди обратили внимание на то, что в недрах земли сосредоточена масса различного сырья, которое при необходимой обработке может дать много полезных материалов. Естественно, на первом месте всегда стоял металл, из которого производили орудия труда и войны. Из-за несовершенства методов обработки долгое время люди использовали такие металлы, как олово, медь и свинец. Но из-за их пластичности инструменты быстро изнашивались, а позже были придуманы различные сплавы, которые отличались более высокой твердостью и устойчивостью. Но с началом промышленного производства стали необходимость в них отпала.

Однако кроме металлов в недрах земли есть и иные полезные материалы, в частности, песок и различные породы камня. Добывают их чаще всего в карьерах. Так что такое карьер? И что в нем добывают? В этом мы и разберемся. Но для начала определимся с терминологией.

Определение

Карьер - это совокупность выработок полезных ископаемых, которые производятся открытым способом, то есть на самой поверхности земли, а не в шахтах. Слово это имеет французские корни, и в оригинале оно звучит как carrière, что означает «разрез». Так что теперь мы знаем, что такое карьер. Но почему их разработка ведется именно на поверхности и что в них чаще всего добывают?

Технология

Большинство полезных ископаемых и прочих материалов, имеющих ценность, сосредоточены под землей. Глубина залегания обычно зависит от конкретного участка, материала, его формы и т. п. К примеру, уголь скрыт толщей земли потому, что образовался из останков древних растений, которые под давлением постепенно минерализировались. Есть, конечно, и наземные выходы, они получились из-за разломов земной коры. Но не все вещества скрыты глубоко, некоторые находятся на самой поверхности или же залегают недалеко от нее, и потому для их добычи нет никакой необходимости строить глубокие шахты, гораздо проще производить добычу открытым способом.

Чаще всего карьер выглядит как большая воронка, на склонах которой по мере углубления делается спиралевидная дорога для техники.

Так, мы разобрали вопрос о том, что такое карьер. Но что же в них добывают чаще всего?

Песок

Песок - одно из самых распространенных веществ на планете, и уж недостатка в нем точно никто не ощущает. Однако чем может быть полезен песок, зачем вообще он нужен?

Как ни странно, песок весьма ценен. Конечно, не так, как железо, и уж тем более золото с серебром. Из некоторых изготавливают стекло, песок добавляют в бетон при строительстве, используют как дренаж при прокладке тоннелей, и в конце концов ни одна детская площадка не обходится без песочницы. И кстати, песчаный карьер после окончания выработки часто затапливается и становится местом купания.

Камень

Без камня человечество тоже не может обойтись. Естественно, ценны далеко не все камни, а его определенные разновидности. Чаще всего это мрамор и гранит. Поскольку залегают они обычно у самой поверхности, для их добычи шахты не строят, а применяют все те же карьеры. В отличие от песка, камень добывать несколько сложнее - нельзя просто грузить его экскаваторами. Потому, в зависимости от типа, его или сначала дробят или взрывами, или же применяют специальные машины для резки. Происходит это тогда, когда нужны монолитные и ровные глыбы, которые в дальнейшем обрабатывают дополнительно.

Каменный карьер обычно разрабатывается долгие годы, и запасы его практически неисчерпаемы.

Вот и все. Теперь мы знаем, для чего нужен карьер.