Виды карьеров: устройство и технологии добычи

Запасы минерального сырья в месторождениях огромны, и от того, как организована выемка, зависят объёмы производства, себестоимость и безопасность работ.

Наземная добыча: базовые методы

Карьер — это совокупность выработок под открытым небом, где ведут горные работы по извлечению полезного сырья. Обычно он включает систему уступов и рабочих горизонтов, временные склады и отвалы вскрышных пород. Добыча идёт с погрузкой и вывозом сырья на склад или на переработку.

При разработке месторождений наземным способом:

• разработки ведутся на поверхности и в приповерхностных слоях в недрах;
• вскрышные породы в верхних слоях массива отделяют буровзрывным, гидравлическим и механическим способами.
• выемку горных пород и полезного сырья производят экскаваторами и другим оборудованием;
• вскрышным породам отводят место в специальных отвалах;
• уступы и глубину подбирают так, чтобы обеспечить безопасные размеры борта и требуемую мощность предприятия по извлечению рудного сырья.

Открытый способ выбирают там, где залежи полезного сырья ближе к поверхности, а запасы природных ресурсов по мощности и размерам позволяют вскрыть месторождение без потери экономической эффективности. Если залежи глубже или условия сложные, проектируют рудниковые работы.

Устройство открытой выработки

Проектирование начинается с оценки запасов месторождения и мощности залежей. На этой основе:

• рассчитывают размеры карьерного поля, глубину карьера и конечные размеры борта;
• определяют, на каких поверхностях и в каких слоях будут вскрываться залежи полезных ископаемых;
• задают мощность и объемы годовой добычи, чтобы разработки могли вестись с учётом сроков эксплуатации и экономических показателей.

В горных работах на поверхности применяются уступы — горизонтальные площадки, разделяющие борта карьера по высоте. Через уступы обеспечивается доступ оборудования к забою, размещение временных складов и карьерных дорог.

Масштабы карьеров зависят от запасов полезных ископаемых и запросов рынка:

• небольшие строительные карьеры обеспечивают строительство местных дорог и объектов;
• гигантские угольные разрезы работают как крупные предприятия с многомиллионными объемами сырья в год.

Вскрышные работы и отвалы

Чтобы добраться до залежей полезных ископаемых, нужно снимать вскрышные породы — пустые породы, перекрывающие тело месторождения. На этом этапе целесообразно применять экскаватор с мегарыхлителем. Он заменяет бульдозеры на рыхлении.

Для работ на уступах, разрушения скальных массивов и дробления негабарита используют навесное оборудование Impulse и Delta. Линейки этих брендов включают гидромолоты, виброрыхлители и ковши, поэтому оснастку подбирают под тип массива, класс базовой машины и конкретные задачи вскрыши, добычи и погрузки.

На участках с особо прочным скальным массивом и большим количеством негабарита применяют тяжёлые гидромолоты HammerMaster. Конструкция с постоянной энергией удара, системой защиты от холостого удара и возможностью установки автоматической смазки рассчитана на длительную работу в тяжёлом карьерном режиме. Она снижает простои и помогает держать стабильную производительность.

Гидромолоты

Подробнее

Виброрыхлители (виброрипперы)

Подробнее

Оборудование для каменных блоков

Подробнее

Характерные элементы технологии открытой добычи:

• вскрышные породы перемещают во внешние или внутренние отвалы;
• отвалы формируют на свободных участках вокруг карьера, соблюдая требования устойчивости и безопасности;
• транспортировку руды и вскрышной массы к переработке и отвалам обеспечивают автосамосвалы, железнодорожный транспорт, конвейеры.

Технологии добычи

В системах открытой разработки месторождений применяются разные способы выемки полезного сырья и разработки, которые зависят от:

• типа пород: скальные породы, мягкие глины, песчаные слои;
• глубины расположения залежей;
• требуемых объемов ископаемых и мощности предприятия.

Во всех технологиях добычи с поверхности используется специализированное оборудование: буровые станки для скважины, экскаваторы, погрузчики, дробилки, конвейеры. От их эффективности зависит конечная себестоимость извлечения полезных ископаемых и общая экономическая результативность горных предприятий.

Переработка сырья

После того как ископаемые добыли, начинается этап переработки полезных ископаемых:

• руда и каменные материалы дробятся и сортируются по фракциям;
• выполняется обогащение руды, извлечение полезных компонентов и подготовка сырья к металлургическому переделу;
• строительные материалы (щебень, песок, глина) доводятся до нужных параметров по крупности и качеству.

Примеры карьеров по виду сырья

Открытые разработки месторождений руд металлов

К этой группе относят предприятия по освоению месторождения руды цветных и чёрных металлов: железных, медных, никелевых, урановых руд и ценных металлов. В таких месторождениях:

• запасы полезных ископаемых заключены в горных породах на значительной глубине;
• технология включает буровзрывную подготовку массива, её погрузку и транспортировку.

После извлечения полезных ископаемых руду направляют на переработку. Её проводят на горно-обогатительных предприятиях, где из руды получают концентраты металлов и другие ценные компоненты.

Открытые разработки нерудных строительных материалов

Отдельная большая группа — каменные карьеры и другие разработки нерудных строительных материалов. К ним относят:

• добычу щебня в твёрдых породах (гранит, диорит, известняк и др.);
• выемку песка;
• извлечение глины;
• карьеры, где ископаемые добывают в виде песчано-гравийных смесей и валунов;
• шлаковые отвалы, используемые как источники вторичных строительных материалов.

Такие разработки месторождений включают получение строительных материалов для дорожного и промышленного строительства: щебня, гравия и песка для бетонов и оснований дорог. Строительные разработки часто являются предприятиями временного типа: они ведутся 1–3 года, пока запасы полезных ископаемых в месторождениях не будут выработаны.

Выработки природного камня и других ценных пород

Природный камень добывают блоками: мрамор, гранит, известняк для облицовки, декоративные камни.
Здесь:

• ископаемые вынимают не взрывом, а минимальным числом выемок, чтобы сохранить качество камней;
• применяются специальные методы и способы разработки — резка по скважинам канатно-алмазными установками;
• объемы меньше, чем на рудных или угольных разрезах, но сырье отличается высокой ценностью.

При погрузке и складировании блоков используют карьерные вилы и БСМ: такое оборудование позволяет аккуратно захватывать и перемещать крупноразмерные блоки, снижая риск повреждений и повышая безопасность работ.

Тщательно спланированные горные работы и правильно подобранное оборудование помогают рационально использовать минеральные ресурсы. Это снижает затраты и поддерживает развитие промышленности и строительства.