Вскрышные горные породы — это слои горных пород, которые покрывают залежи полезных ископаемых и удаляются в процессе добычи. Их разработка является обязательным этапом открытой разработки месторождений. От правильного управления такими материалами зависит эффективность добычи, а также экологическая безопасность производства.
В статье рассмотрено, что относится к вскрышным породам, их особенности, способы утилизации, современные технологии работы.
Что такое вскрышные породы?
Это верхние слои грунта, горных пород, которые покрывают полезное ископаемое и должны быть удалены для обеспечения доступа к нему. Они могут включать глину, суглинок, песок, щебень, известняк, другие осадочные или вулканические материалы.
В отличие от руды и угля, они обычно не имеют промышленной ценности, хотя могут использоваться в строительстве или рекультивации. Их состав и мощность зависят от геологических условий месторождения.
Отличие вскрышных пород от вмещающих
Главное отличие заключается в расположении: вскрышные залегают над полезным ископаемым, а вмещающие находятся с боков и снизу месторождения. Вмещающие часто содержат примеси руды или угля, что может делать их потенциально ценными для дополнительной переработки.
Вскрышные обычно состоят из рыхлых или слабосцементированных отложений, не связанных с полезным ископаемым.
Вмещающие могут влиять на устойчивость горных выработок, тогда как вскрышные требуют удаления перед началом добычи. Кроме того, состав вмещающих чаще бывает более однородным в отличие от вскрышных, которые могут резко меняться по мощности и структуре.
Как образуются вскрышные породы?
Вскрышные породы формируются в результате длительных геологических процессов: выветривания, осадконакопления, тектонической активности. Их состав и структура зависят от климатических условий, рельефа местности, а также исходных горных пород, подвергавшихся разрушению. Например, в равнинных районах преобладают рыхлые осадочные отложения (глина, песок), а в горных — щебнистые и скальные материалы.
На месторождениях полезных ископаемых мощность такой массы может составлять от нескольких метров до сотен метров, что непосредственно влияет на сложность и стоимость их удаления. В некоторых случаях они содержат вторичные минералы, образовавшиеся под воздействием грунтовых вод или атмосферных осадков.
Понимание условий образования вскрышных пород помогает прогнозировать их свойства, выбирать оптимальные технологии разработки, минимизируя затраты и экологический ущерб.
Оборудование для работы
Обработка и перемещение вскрышных пород требуют применения специализированного горного оборудования. Его выбор определяется характеристиками материала, объемами работ, технологической схемой разработки месторождения.
Для предварительного разрушения особо плотных скальных пород применяют мегарыхлители. Их мощные зубья могут разрушать материал на глубину до 2 м, что позволяет избежать буровзрывных работ на участках с нестабильным массивом.
Для точечного разрушения крепких включений в рыхлых массивах все чаще используют гидравлические молоты, устанавливая их на экскаватор. Применение гидромолотов позволяет производить селективную выемку сырья.
Все чаще при разработке карьеров используют виброрыхлители. Они оптимальны для разработки мерзлых или слежавшихся глинистых грунтов. Благодаря высокочастотным колебаниям, виброрыхлитель разрыхляет материал без избыточного дробления, сохраняя его структуру для последующего использования.
Для выемки и погрузки сырья применяют одноковшовые экскаваторы. На мощных пластах однородных пород более эффективны роторные экскаваторы, которые обеспечивают непрерывность технологического процесса.
Для мягких и рыхлых грунтов применяют драглайны. Они оптимальны для разработки обводненных залежей.
Транспортировку материала осуществляют карьерными самосвалами, конвейерными системами либо железнодорожным транспортом. Выбор вида транспорта зависит от расстояния транспортировки, размеров карьера, объемов сырья.
Размещение вскрышных пород
После удаления с карьера вскрышные породы размещают в специально отведенных местах с учетом экологических и экономических факторов.
Основные варианты их размещения:
- Внешние отвалы, терриконы, которые формируют за пределами карьера. В случае больших объемов создают многоярусные отвалы с системой транспортировки и уплотнения.
- Внутренние отвалы формируют в выработанном пространстве самого карьера. Это сокращает занимаемые площади, транспортные расходы.
- Гидроотвалы, которые используют при разработке рассыпных месторождений. В них массы сырья перемещают гидромеханизированным способом. Такие отвалы требуют организации систем водооборота и очистки.
- Технологические площадки для временного складирования сырья вблизи карьера для его последующей переработки или использования при рекультивации.
- Рекультивационные объекты, где осуществляют целевое размещение материалов для восстановления нарушенных земель — засыпки карьеров, создания искусственных форм рельефа, подготовки почвенного слоя.
При выборе способа размещения учитывают такие факторы, как физико-механические свойства, объемы, темпы их образования, перспективы дальнейшего развития, требования природоохранного законодательства.
Рациональное размещение вскрышных пород позволяет снизить экологическую нагрузку, повысить экономическую эффективность горных работ.
Области применения
Долгое время вскрышные породы считались отходами производства. Но теперь их рассматривают как ценное сырье и применяют в разных областях. Их использование позволяет получить дополнительную выгоду.
Рассмотрим основные направления утилизации:
- В строительной сфере их используют при производстве стройматериалов, например, песчано-гравийных смесей для изготовления бетонов. Глинистые применяют в производстве керамического кирпича, керамзита, а известняковые перерабатывают в щебень для дорожного строительства.
- В дорожном строительстве такие материалы применяют в качестве основания при возведении железных и автомобильных дорог. Для отсыпки временных технологических дорог на карьерах они также часто применяются.
- В сельском хозяйстве их применяют для засыпки оврагов, балок, для выравнивания рельефа сельхозугодий, улучшения состава почвы. Карбонатные материалы снижают кислотность почвы, а рыхлые отложения используют для создания плодородного слоя.
- В промышленности известняки используют в качестве сырья для производства цемента. Некоторые виды находят применение в металлургии в качестве флюсов. А породы с высоким содержанием полезных компонентов высоко ценятся в химической промышленности.
- В ландшафтном дизайне их применяют при оформлении парковых зон, рекреационных территорий, а также создании искусственных холмов и террас.
- При ликвидации карьеров такие материалы необходимы для наращивания рельефа.
- На полигонах ТБО их применяют для обустройства защитных экранов.
- Горючие сланцы и углистые вещества используют для производства альтернативного топлива.
Один из примеров успешного применения — Кузнецкий угольный бассейн. Там до 40% вскрышных пород применяют для производства стройматериалов и рекультивации, что заметно снижает нагрузку на окружающую среду.
Важность рационального использования и перспективы применения
Рациональное использование вскрышных пород из экологической проблемы превращается в экономическую возможность. Оно снижает нагрузку на окружающую среду и создает дополнительные ресурсы для промышленности.
В перспективе возможно развитие технологий глубокой переработки, их использование в качестве сырья для 3D-печати строительных конструкций. Ведутся работы над созданием мобильных дробильно-сортировочных комплексов непосредственно на отвалах.
Для эффективного использования необходимо проведение детального геологического исследования, составление подробных технологических карт. Для стимулирования переработки нужно создание нормативной базы и разработка экономичных технологий.
Статья была полезной?
Если после данного обзора у вас все же остались вопросы, недостающую информацию вы всегда можете получить у менеджеров Группы компаний «Традиция».
Задать вопрос специалисту
Если у вас все же остались вопросы, недостающую информацию вы всегда можете получить у менеджеров Группы компаний «Традиция»
