Самые большие открытые карьеры земли. Что такое карьер. Какие бывают карьеры

Глава 18 Кризисы, конфликты и крушение управленческих карьер Стабилизация служебного положенияБольшое количество проблем для организации возникает в связи со стабилизацией служебного положения сотрудников, особенно в случае достижения отдельными менеджерами такого

May 26th, 2016

Как то наверное пол года назад все всерьез бросились обсуждать проекты добычи полезных ископаемых на астероидах. Планировали как они их будут ковырять, а некоторые даже хотели собирать их в ловушки и транспортировать к Земле. Но не зря говорят о том, что мы еще до сих пор нашу планету то недостаточно знаем, а особенно Мировой Океан.

По мере истощения полезных ископаемых на суше добыча их из океана будет приобретать все большее и большее значение, так как океанское дно представляет собой колоссальную, еще почти не тронутую кладовую. Некоторые полезные ископаемые открыто лежат на поверхности морского дна, иногда почти у самого берега или на сравнительно небольшой глубине.

В ряде развитых стран запасы руды, минерального топлива и некоторых видов строительных материалов настолько истощились, что их приходится импортировать. По всем океанам курсируют огромные рудовозы, перевозящие с одного континента на другой закупленные руду и каменный уголь. В емкостях танкеров и супертанкеров транспортируют нефть. Между тем зачастую совсем рядом имеются свои источники минеральных ресурсов, но они скрыты под слоем океанской воды.

Давайте посмотрим, как это будет добываться в будущем...

Фото 2.

Ближе к внешнему краю шельфа во многих частях Мирового океана обнаружены конкреции, содержащие большое количество фосфора. Их запасы еще окончательно не разведаны и не подсчитаны, но, по некоторым данным, они достаточно велики. Так, у берегов Калифорнии имеется месторождение около 60 миллионов тонн. Хотя содержание фосфора в конкрециях всего 20-30 процентов, добыча его с морского дна экономически вполне выгодна. Обнаружены фосфаты и на вершинах некоторых подводных гор в Тихом океане. Главная цель добычи этого минерала из моря - производство удобрений; но, кроме того, он используется и в химической промышленности. В качестве примесей фосфаты несут в себе также ряд редких металлов, в частности цирконий.

На отдельных участках шельфа морское дно покрыто зеленым «песком» - водной окисью силикатов железа и калия, известной в минералогии под названием глауконита. Этот ценный материал находит применение в химической промышленности, где из него получают поташ и калийные удобрения. В небольших количествах глауконит содержит также рубидий, литий и бор.

Иногда океан преподносит исследователю совершенно удивительные сюрпризы. Так, неподалеку от Шри Ланки на глубине тысячи метров были обнаружены скопления баритовых конкреций, на три четверти состоящих из сульфита бария. Несмотря на большую глубину, разработка месторождения сулит значительные выгоды, так как в этом ценном сырье постоянно испытывают нужду химическая и пищевая промышленность. Сульфит бария добавляют в качестве утяжелителя к глинистым растворам при бурении нефтяных скважин.

В 1873 году во время кругосветной английской экспедиции на «Челленджере» впервые со дна океана были подняты странные темные «камешки». Химический анализ этих конкреций показал высокое содержание в них железа и марганца. В настоящее время известно, что ими покрыты значительные пространства океанского дна на глубине от 500 метров до 5-6 километров, но наибольшие их скопления сосредоточены все же глубже двух-трех километров. Железомарганцевые конкреции имеют округлую, лепешковидную или неправильную форму при средней величине 3-12 сантиметров. Во многих районах океана дно сплошь покрыто ими и напоминает по виду булыжную мостовую. Кроме двух указанных металлов, конкреции содержат никель, кобальт, медь, молибден, то есть представляют собой многокомпонентные руды.

По последним подсчетам, мировой запас железо-марганцевых конкреций составляет 1500 миллиардов тонн, что намного превосходит запасы всех ныне разрабатываемых рудников. Особенно велики залежи железомарганцевой руды в Тихом океане, где дно местами устлано конкрециями сплошным ковром и в несколько слоев. Таким образом, в смысле обеспечения железом и другими металлами человечество имеет весьма благоприятные перспективы; остается лишь наладить добычу.

Впервые начала это осуществлять в 1963 году одна американская фирма, ранее специализировавшаяся в области судостроения. Имея в своем распоряжении хорошую производственную базу, кораблестроители создали устройство, предназначенное для сбора конкреций на относительно малых глубинах, и испытали его у берегов Флориды. Техническая сторона предприятия вполне удовлетворила конструкторов - они добились получения конкреций в промышленном масштабе с глубины 500-800 метров, но экономически дело оказалось невыгодным. И вовсе не потому, что добыча руды обходилась слишком дорого. Беда заключалась в другом - оказалось, что мелководные атлантические конкреции содержат гораздо меньше железа, чем в аналогичных месторождениях на глубинах Тихого океана.

Остроумный способ, позволяющий поднимать с океанского дна конкреции без больших затрат, предложили японцы. В их конструкции нет ни коллекторов, ни труб, ни мощных насосов. Конкреции подбираются со дна моря проволочными корзинами, похожими на те, что используют в универсамах, но, конечно, более прочными. Серии таких корзин укреплены на длинном тросе, имеющем вид гигантской петли, верхняя часть которой находится на судне, а нижняя касается дна. С помощью барабана судовой лебедки трос непрерывно движется вверх в носовой части судна и сбегает в море за его кормой. Прикрепленные к нему корзины подцепляют со дна конкреции, выносят их на поверхность и вываливают в трюм, после чего опускаются за новой порцией руды. Система дала хорошие результаты на глубине до 1400 метров, но она вполне пригодна и для работы на глубине 6 километров.

В умах изобретателей родилась и еще одна на первый взгляд совершенно фантастическая конструкция, которая уже существует на чертежах, но пока еще не воплощена в жизнь. Обычно конкреции лежат на более или менее ровном и достаточно твердом грунте, позволяющем пустить по нему скрепер на гусеничном ходу. Наполнив балластные емкости забортной водой, скрепер погружается на дно и ползает по нему на гусеницах, сгребая конкреции широким ножом в объемистый бункер. Энергия для работы подается по кабелю с судна, оттуда же осуществляется управление, причем оператор руководствуется системой подводного телевидения. По заполнении бункеров из балластных цистерн удаляют воду, и скрепер поднимается к поверхности. При современных технических возможностях построить такую машину вполне реально. Здесь еще раз уместно подчеркнуть, что проектирование подводных промышленных предприятий будущего весьма далеко от создания пресловутых подводных городов.

К числу наиболее богатых морских месторождений, которые успешно разрабатывают в наши дни, относятся титаномагнетитовые пески у берегов Японии и оловоносные (касситеритовые) пески вблизи Малайзии и Индонезии. Подводные россыпи оловянной руды представляют собой шельфовое продолжение крупнейшего в мире наземного оловоносного пояса, протянувшегося от Индонезии до Таиланда. Большая часть разведанных запасов этого олова сосредоточена в береговых долинах и на их подводном продолжении. Более тяжелые продуктивные пески, содержащие от 200 до 600 граммов олова на кубометр породы, концентрируются в понижениях местности. Как показали результаты бурения в море, их толщина местами достигает 20 метров.

Далеко за Полярным кругом, на 72-м градусе северной широты, на Ванькиной губе моря Лаптевых, недавно введено в действие первое в нашей стране плавучее предприятие по добыче олова. Оловоносный грунт с глубины до 100 метров извлекается земснарядом, способным вести добычу не только на чистой воде, но и подо льдом. Первичная переработка породы производится плавающей обогатительной фабрикой, размещенной на одном из судов флотилии. Заполярный комбинат может работать круглогодично.

Разработка подводных россыпей дает значительное количество алмазов, янтаря и драгоценных металлов - золота и платины. Подобно оловянным рудам, эти россыпи служат продолжением наземных и потому не уходят далеко под воду.

Единственное месторождение платины в США находится на северо-западном побережье Аляски. Оно было обнаружено в 1926 году и уже на следующий год начало эксплуатироваться. Старатели, продвигаясь вдоль мелких речек, подошли вплотную к побережью, а с 1937 года работы начались уже непосредственно в заливе. Глубина, с которой извлекают породу, несущую крупицы платины, постоянно увеличивается.

Мировой известностью пользуются морские россыпи Австралии и Тасмании, протянувшиеся более чем на тысячу километров. Здесь добывают платину, золото и некоторые редкоземельные металлы.

В ряде случаев морские россыпи характеризуются гораздо более высоким содержанием ценных минералов, чем аналогичные месторождения на суше. Волны постоянно взмучивают и перемешивают породу, а течение уносит более легкие частицы, в результате чего море работает как природная обогатительная фабрика. У берегов Южной Индии и Шри Ланки протянулись мощные ильменитовые и моноцитовые пески, содержащие железотитановую руду и фосфаты редкозе- мельных элементов цезия и лантана. Многокилометровая полоса обогащенных песков прослеживается в море на расстоянии до полутора километров от берега. Мощность ее продуктивного слоя местами достигает 8 метров, причем содержание тяжелых минералов иногда доходит до 95 процентов.

Одно из крупнейших месторождений алмазов, как известно, находится в ЮАР. В 1866 году маленькая девочка из бедного голландского поселения, играя на берегу реки Оранжевой, нашла в песке сверкающий камешек. Игрушка понравилась заезжему господину, и мать девочки, мадам Джекобе, подарила гостю блестящую безделушку. Новый владелец показал курьезную находку одному из приятелей, и тот узнал в ней алмаз. Через некоторое время госпожа Джекобе была ошеломлена неожиданно свалившимся на нее богатством - она получила целых 250 фунтов стерлингов, ровно половину стоимости блестящего камушка, найденного ее дочкой.

Вскоре Южную Африку поразила «алмазная лихорадка». Теперь доходы от разработки алмазных копей составляют весьма заметную статью в бюджете ЮАР. Изыскания 1961 года показали, что алмазы встречаются в аллювиальных отложениях, состоящих из песка, гравия и валунов не только на суше, но и под водой на глубине до 50 метров. Первая же проба морского грунта весом 4,5 тонны содержала 5 алмазов общей стоимостью 450 долларов. В 1965 году из моря на этом участке, через сто лет после находки первого алмаза, было добыто почти 200 тысяч каратов алмазов.

50-60 миллионов лет назад север Европы был покрыт сплошными хвойными лесами. Здесь росли четыре вида сосны и один вид пихты, которые теперь уже не существуют. Из трещин в коре деревьев по мощным стволам стекала смола. Ее застывшие капли и комки во время половодья попадали в реки и выносились в море. В соленой воде на протяжении веков смола твердела, превращаясь в янтарь.

Самые мощные россыпи янтаря находятся на побережье Балтийского моря вблизи Калининграда. Красивые желтые «камни» скрыты от глаз в синеватых мелкозернистых глауконитовых песках морского происхождения, поверх которых образовались позднейшие напластования. Там, где янтароносный слой выходит к морю, прибой постоянно разрушает его, и тогда куски породы попадают в воду. Волны легко размывают песчано-глинистые комья и освобождают заключенный в них янтарь. Будучи лишь немного тяжелее воды, в спокойную погоду он падает на дно, но при самом слабом волнении приходит в движение.

Подобно любым другим легким предметам, янтарь рано или поздно выбрасывается волнами на пляж. Здесь его и находили древние жители Балтийского побережья. К янтарному берегу приплывали суда финикийцев и увозили отсюда огромное количество выменянного «электрона». Археологические находки позволяют проследить длинный путь, по которому янтарь и изделия из него, благодаря меновой торговле, доходили от Балтийского моря до Средиземного.

Ювелирная ценность янтаря сохранилась до наших дней. Для изделий отбирают самые лучшие, прозрачные и крупные куски, тогда как основная масса мелких янтарей используется в промышленности. Этот материал идет на изготовление высококачественных лаков и красок, используется как изолятор в радиопромышленности, из него готовят биостимуляторы и антисептические средства. Современный янтарный комбинат представляет собой механизированное предприятие, на котором породу промывают и обогащают, а извлеченный ценный материал сортируют и подвергают дальнейшей обработке. В 1980 году в Калининграде создан музей янтаря, в котором представлены изделия из этого материала и уникальные находки.

Часть месторождений полезных ископаемых скрыта в недрах морского дна. Их разработка по сравнению с россыпями технически более затруднена. В простейшем случае вскрытие рудного пласта производится с берега. С этой целью проходят вертикальный ствол нужной глубины, а затем в сторону моря прокладывают горизонтальные или наклоненные ходы, по которым и добираются до месторождения. Так можно поступать, когда место разработки находится недалеко от берега. Подобные шахты, забои которых расположены под морским дном, имеются в Австралии, Англии, Канаде, США, Франции и Японии. В них добываются главным образом каменный уголь и железная руда. Один из крупнейших рудников мира, разрабатывающий «морское железорудное месторождение», расположен на маленьком острове в проливе Белл-Айл. Отдельные его участки уходят далеко от берега, причем над забоями располагается 300-метровая толща породы и стометровый слой воды. Годовая продукция шахты - 3 миллиона тонн.

Подсчитано, что морское дно у берегов Японии хранит не менее 3 миллиардов тонн угля, ежегодно из этого запаса извлекают 400 тысяч тонн.

Если месторождение обнаруживают в удалении от берега, вскрывать его описанным способом экономически невыгодно. В этом случае насыпают искусственный остров и через его толщу проникают к полезным ископаемым. Такой остров был создан в Японии на расстоянии двух километров от берега. В 1954 году через него проложили вертикальный ствол шахты «Мики».

Опыт строительства подводных туннелей позволяет использовать их не только в качестве транспортных артерий, но и для того, чтобы подобраться по морскому дну поближе к запасам полезных ископаемых. Готовые железобетонные секции туннеля укладывают на дно и из последней секции начинают вести проходку шахты.

При значительном удалении от берега и на достаточной глубине придется обойтись без туннеля. В этом случае предполагается вертикально установить на дно железобетонную трубу большого диаметра и затем удалять грунт изнутри. По мере выработки труба под влиянием собственной тяжести несколько опустится. Извлеченный грунт никуда отвозить не нужно, его просто выбрасывают наружу, и он будет оседать вокруг трубы, создавая насыпь, препятствующую проникновению внутрь трубы морской воды. По окончании строительства по этой трубе в шахту будут опускаться горняки, а наверх подниматься руда или уголь.

Чтобы не поднимать добытую руду на поверхность океана, одна английская фирма разработала проект подводного атомного рудовоза. Хотя такое судно еще не построено, оно уже получило имя «Моби Дик» в честь легендарного белого кашалота, описанного в одноименном романе американского писателя Г. Мел-вилла. Подводный рудовоз сможет перевозить за рейс до 28 тысяч тонн руды со скоростью 25 узлов.

Разработка полезных ископаемых, скрытых в недрах морского дна, требует беспрерывного контроля за проникающей в шахту водой, которая легко может просочиться по трещинам. Опасность затопления усиливается в сейсмически активных районах. Так, на некоторых морских шахтах Японии замечено, что после каждого землетрясения приток воды увеличивается примерно в три раза. Больше внимания приходится обращать и на возможность обрушивания породы, поэтому в ряде морских шахт, особенно там, где забои отделены от воды небольшим слоем породы, приходится ограничивать выем, оставляя часть рудоносного слоя в качестве опор.

Большой практический опыт, накопленный в добыче нефти со дна моря, оказался полезным при разработках такого вполне твердого ископаемого, как сера, залежи которой также имеются в толще грунта на морском дне. Для извлечения серы бурят скважину, подобную нефтяной, и под большим давлением вводят в пласт перегретую смесь воды и пара. Под влиянием высокой температуры сера плавится, и тогда ее откачивают с помощью специальных насосов.

А вот какие планы уже активно реализуются.

Фото 3.

Весной 2018 года в море Бисмарка на глубине 1600 м компания Nautilus Minerals начнет промышленную разработку гидротермального меднорудного месторождения Solwara 1. Коммерческий успех этого проекта может запустить процесс массового «погружения» горнодобывающих компаний на океанское дно в погоне за колоссальными запасами полезных ископаемых.

Идея основательно порыться в «сундуке Дэйви Джонса», как британские моряки называют океанскую пучину, не нова. Первым, кому удалось запустить руку в закрома морского дьявола, был шотландский инженер Джордж Брюс, построивший в 1575 году посреди бухты Кулросс угольную шахту с водонепроницаемым копром и устьем кессонного типа. И хотя в 1625 году Дэйви Джонс вернул свое, наслав на Кулросс шторм невиданной силы, который за ночь разнес детище Брюса в щепки, технология быстро распространилась по Старому Свету. В XVII-XIX веках от Японии до Балтики по методу Брюса в море добывали уголь, олово, золото и янтарь.

Фото 4.

Алмазы из песчаной каши

В конце XIX века, когда в арсенале горняков появились мощные паровые машины, на Аляске была разработана простая и гибкая «горизонтальная» схема подводной добычи золота при помощи плавучих грунтовых насосов, землечерпалок и барж-плашкоутов, на которые выгружали породу. Со временем за счет использования тяжелой спецтехники для подводных работ возможности горизонтальной добычи значительно расширились. Сегодня на морском мелководье подобным образом добывают все что угодно - от строительного гравия и железной руды до редкоземельного монацита и драгоценных камней.

К примеру, в Намибии компания De Beers уже более полувека успешно извлекает алмазы из песчаных отложений, которые в течение миллионов лет на берега Атлантики выносили воды реки Оранжевой. Поначалу добыча велась на глубинах до 35 м, но в 2006 году, после истощения легкодоступных залежей, инженерам De Beers пришлось заменить обычные земснаряды плавучими буровыми.

Глубоководный карьер Solwara 1
Площадь участка Solwara 1, расположенного на вершине потухшего подводного вулкана, по земным меркам невелика - всего 0,112 км2, или 15 футбольных полей. Но на дне Мирового океана подобных месторождений обнаружено уже несколько тысяч.

В 2015 году специально для освоения концессии Atlantic 1 (глубина 100−140 м) компания Marine & Mineral Projects построила для De Beers новый гусеничный «пылесос» с дистанционным управлением - 320-тонный электрогидравлический гигант, способный за час очистить от песка площадку размером в два футбольных поля. Короткий технологический цикл завершается на вспомогательном судне Mafuta, где драгоценный шлам непрерывно поступает на сортировочный конвейер. Каждые сутки с борта Mafuta на большую землю частный спецназ De Beers доставляет около 700 крупных алмазов высшего качества.

Фото 5.

Впрочем, золото и алмазы - мелочи в сравнении с настоящими сокровищами, ждущими своего часа в глубоководных зонах океана. В 1970-1980-х в результате масштабных океанографических исследований выяснилось, что морское дно буквально усеяно гигантскими залежами полиметаллических руд. Причем из-за специфических условий рудообразования содержание металлов в них на порядок выше, чем в месторождениях на суше. Правда, поднять руду на сушу - задача не из легких.

Первой это попыталась сделать немецкая компания Preussag AG, которая в 1975-1982 годах по контракту с властями Саудовской Аравии производила разведку котловины Atlantis II Deep, обнаруженной в Красном море на глубине свыше 2 км десятью годами ранее. Разведочное бурение на площади около 60 км2 показало, что в плотном «ковре» минерализованного ила толщиной до 28 м содержится, в пересчете на чистый металл, около 1 830 000 т цинка, 402 000 т меди, 3432 т серебра и 26 т золота. В середине 1980-х в кооперации с французской компанией BRGM немцы разработали и успешно опробовали «вертикальную» схему глубоководной добычи, которая в общих чертах была скопирована с морских буровых платформ.

В ходе испытаний оборудования - всасывающего агрегата с гидромонитором, закрепленного на несущем трубопроводе высотой 2200 м, - на вспомогательное судно было поднято более 15 000 т сырья, качество которого превзошло ожидания металлургов. Но из-за резкого падения цен на металлы саудовцы отказались от проекта. В последующие годы идея многократно оживала и вновь ложилась под сукно. Наконец, в 2010 году было объявлено, что разработка Atlantis II Deep, одного из крупнейших в мире глубоководных медноцинковых месторождений, все-таки начнется. Когда это случится - неизвестно. В любом случае не раньше, чем в гости к Дэйви Джонсу отправятся нержавеющие роботы Nautilus Minerals.

Фото 4.

Мытьем и катаньем

Сделка удовлетворила обе стороны. Островитяне отныне могут рассчитывать на солидную ренту, а канадцы, получившие еще 17 лицензий на месторождения площадью 450 000 км2 в море Бисмарка, обеспечили себя работой на ближайшее десятилетие. Сегодня Nautilus, пожалуй, единственная компания в мире, обладающая детально проработанной технологией и уникальным оборудованием для глубоководных горных работ. Водно-шламовая схема добычи руды, адаптированная инженерами Nautilus под условия Solwara 1, состоит из трех базовых элементов: подводной карьерной техники с дистанционным управлением, вертикальной системы подъема шлама и вспомогательного судна. Ключевой элемент технологии - первое в мире специализированное судно для глубоководных горных работ, строительство которого началось в апреле 2015 года на китайской верфи Fujian Mawei. Ожидается, что 227-метровый флагман Nautilus, оснащенный высокоточной системой позиционирования с семью туннельными трастерами и шестью азимутальными рулевыми колонками Rolls Royce общей мощностью 42 000 л.с., сойдет со стапелей в апреле 2018 года. На «плечах» этой плавучей шахты будет держаться, в прямом и переносном смысле, весь технологический цикл месторождения: доставка оборудования в точку погружения; спуск, подъем и обслуживание машин; подъем, осушение и складирование шлама.

Фото 6.

Вся подводная техника для Nautilus была разработана британской компанией SMD. Планировалось создать сложный многооперационный комбайн, способный месяцами работать в агрессивной среде при нулевой температуре и колоссальном давлении. Но после консультаций с экспертами Sandvik и Caterpillar было решено сделать по одному специализированному гусеничному роботу для каждой из трех базовых операций - выравнивания рабочего уступа, вскрытия породы и подъема шлама на-гора. «Сухие» испытания стальных монстров общей стоимостью $100 млн прошли в ноябре 2015-го, а будущим летом им предстоит серия тестов на мелководье.

Партию первой скрипки в этом трио играет подготовительная врубовая машина Auxiliary Cutter, оснащенная сдвоенным фрезерным рыхлителем на длинной поворотной балке. Ее задача - сформировать ровную площадку для будущего карьера, срезав неровности рельефа. Для сохранения устойчивости на участках с сильным уклоном Auxiliary Cutter сможет использовать боковые гидроопоры. Следом будет двигаться главный «добытчик» Nautilus - тяжелая врубовая машина Bulk Cutter массой 310 т с огромным режущим барабаном. Функция Bulk Cutter - глубокое вскрытие, дробление и грейдерование породы в валы.

Фото 7.

Самая сложная операция цикла - сбор и подача водно-шламовой массы в райзер-шламоподъемник - будет выполняться «пылесосом» Collecting Machine, который оборудован мощной помпой с режуще-всасывающим соплом и соединен с райзером гибким рукавом. Геометрия и мощность резания врубовых машин рассчитаны инженерами SMD так, чтобы на выходе получались скругленные куски породы около 5 см в диаметре. Это позволит добиться оптимальной консистенции шлама и снизить абразивный износ и риск образования пробок. По оценкам экспертов SMD, Collecting Machine сможет собирать от 70 до 80% объема вскрытой породы.

На судне шлам будет складироваться в трюмы, а затем перегружаться на балкеры. При этом «донную» шламовую воду по настоянию экологов придется фильтровать и вновь закачивать на глубину. В целом схема добычи Nautilus угрожает природе океана не больше, чем траловое рыболовство. Локальные глубоководные биосистемы, по наблюдению ученых, восстанавливаются уже через несколько лет после прекращения внешнего воздействия. Иное дело - техногенные аварии и пресловутый человеческий фактор. Но и здесь у Nautilus есть эффективное решение. Всеми процессами на Solwara 1 будет управлять система, которую разрабатывает голландская компания Tree C Technology.

Если все пойдет по плану, острые клыки врубовой машины вырвут первую тонну породы с поверхности древнего вулканического плато Solwara весной 2018 года. Хочется надеяться, что этот «маленький шаг» в бездну, на который отважился Nautilus, станет огромным шагом для всего человечества.

Фото 8.

Фото 9.

Фото 10.

Фото 11.

Фото 12.

Фото 13.

Фото 14.

Фото 15.

Фото 16.

Фото 17.

Фото 18.

Фото 19.

источники
Статья «Сундук Дэйви Джонса» опубликована в журнале «Популярная механика» (№162, апрель 2016).

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.