Перспективы открытых горных работ

Открытые горные— способ добычи полезных ископаемых с поверхности земли с помощью горных выработок, находящихся под открытым небом.

Открытая разработка месторождений благодаря высокой степени извлечения полезных ископаемых из недр, возможности достижения большей производственной мощности предприятия, повышению производительности труда(в 5-8 раз), снижению себестоимости добычи (в 2-4 раза), улучшению условий труда получила в CCCP преимущественное (по сравнению с шахтной добычей) развитие. Открытая разработка месторождений обеспечивает свыше 75% производства минерального сырья, и удельный вес её неизменно растёт (табл. 1). Открытая разработка месторождений позволяет создавать в CCCP мощные комплексы по добыче, переработке и потреблению минерального сырья (см. Территориально-производственный комплекс) с высокой концентрацией производства, развитыми транспортными коммуникациями, минимальными расстояниями перевозок и низкими затратами на производство. Основные районы открытых разработок месторождений угля — Северный Казахстан (Экибастузское каменноугольное месторождение, Тургайский и Майкюбенскийбуроугольныйбассейны, Юбилейноеместорождение бурыхуглей), Кузнецкийугольныйбассейн, Канско-Ачинский буроугольный бассейн, Приднепровский угольный бассейн; железной руды — Урал (Качканарский ГОК и др.), Украина (Криворожский бассейн, Керченский бассейн, Полтавский ГОК), Казахстан (Соколовско-Сарбайский ГОК, Лисаковский ГОК, Качарский ГОК), Центральная Россия (Михайловский, Лебединский, Стойленский ГОКи), Кольский полуостров (Оленегорский, Ковдорский ГОКи); рудцветных металлов — Урал (Сибайский, Гайский, Учалинские рудные карьеры), Сибирь и Дальний Восток (Норильский ГМК, Сорский карьер), Казахстан (Коунрадский, Николаевский, Зыряновский, Златоуст-Беловский карьеры), Кавказ(Тырныаузский, Каджаранский карьеры), Кольский полуостров (карьеры " Печенганикель"); марганцевыхруд — Украина (Никопольский бассейн); горно-химического сырья — Кольский полуостров (карьеры комбината " Апатит"), Казахстан (Каратау), Прибалтика (месторождение Тоолсе), Средняя Азия, Московская, Кировская и Львовская области.
За рубежом открытая разработка месторождений широко применяется в США, Австралии, Канаде, KHP, а также в ряде стран Европы (ГДР, ФРГ, ПНР, ЧССР и др.). Например, удельный вес открытой добычи угля (1980, %) в ФРГ — 59, 1, США — 59, 7, ЧССР — 66, ГДР — 100.
Открытый способ добычи природных каменных материалов применялся ещё в глубокой древности (см. Горноедело). На протяжении нескольких тысячелетий его развитие сдерживалось мускульным характером труда, примитивностью орудий. Изобретение пороха, а, затем взрывчатыхвеществ позволило механизировать наиболее трудоёмкий процесс — отделение скальных горныхпород от массива, но отсутствие эффективных погрузочно-транспортных средств сдерживало развитие открытых разработок, и только с началом создания карьерной техники, способной механизировать основные производственные процессы (выемку, погрузку, транспортирование горной массы, отвал образование) стало возможным развитие этого прогрессивного способа добычи полезных ископаемых. В конце 19 века на карьерах появилисьэкскаваторы, ставшие основным классом машин для открытых разработок месторождений. В то же время вплоть до начала 20 века на большинстве открытых разработок в России продолжала применяться ручная погрузка горной массы в примитивные средства транспорта — тачки и колымажки. В развитии открытых разработок месторождений в советское время выделяются 4 основных этапа: восстановительный (1917-29), индустриализации (1930-41), военного времени и восстановления народного хозяйства (1941-50), современный. Отличительная особенность восстановительного периода — преимущественное применение на карьерах зарубежных экскаваторов (главным образом американских) с ковшами вместимостью несколько кубических ярдов. На открытых разработках появились буровые ударно-канатные станки.Динамит и порох были заменены более безопасным аммоналом.

Период индустриализации начался с создания отечественной технической базы открытых разработок месторождений — был налажен выпуск экскаваторов-мехлопат (Воткинский, Костромской, Ковровский заводы; УЗТМ), многоковшовыхэкскаваторов на рельсовом ходу, станков ударно-канатного бурения, промышленных электровозов со сцепным весом 94 т (завод " Динамо"), думпкаров, грузоподъёмностью 40 т (завод " Красное Сормово"), 40 и 60 т (завод имени газеты " Правда"), путепередвигателей, землесосов. Благодаря широкому внедрению техники была решена задача технической реконструкции карьеров и заложены основы современной технологии открытых разработок месторождений. В Великую Отечественную войну 1941-45 резко возросли объёмы открытых разработок месторождений, главным образом для добычи угля, руд чёрных и цветных металлов. В послевоенный период восстановления народного хозяйства расширилисьмасштабы механизации процессов на карьерах, было унифицировано экскаваторное и транспортное оборудование. Начался серийный выпуск экскаваторов-мехлопат СЭ-3 (УЗТМ), шагающих драглайнов с ковшом 4 м3, был построен первый мощный отечественный шагающий экскаватор ЭШ-14/65 (УЗТМ), освоено серийное производство станковвращательного бурения (Карпинский завод), серийный выпуск электровозов со сцепным весом 80 т (Новочеркасский завод), 40- и 50-тонных думпкаров " поднимающийся борт" (Калининградский завод), освоен выпуск карьерных автосамосвалов 5, 10 и 25 т. Современный период развития открытых разработок месторождений в CCCP начался в 50-х гг. Развернулось масштабное техническое перевооружение карьеров и совершенствование технологии открытых горных работ. Доминирующим видом техники для открытых разработок месторождений стали экскаваторы-мехлопаты и автотранспорт. Основные требования, предъявляемые к открытым разработкам месторождений, — комплексное освоение всех минеральныхресурсов месторождения (см. Комплексное освоение недр) и охранаокружающейсреды.

В зависимости от формы и положения залежиполезныхископаемыхотносительно земной поверхности, выделяются (по Ржевскому) 5 основных видов открытых разработок месторождений. Разработки поверхностного вида (рис. 2, а) характеризуются отработкой вскрышных пород и полезных ископаемых сразу на полную мощность, размещением вскрышных пород в выработанномпространстве карьера. Внешние отвалы устраивают при строительстве карьеров, а также при особых геологических и технологических условиях открытых разработок месторождений. К этому виду относится разработка россыпей, строительных горных пород, значительной части угольных и небольшой части рудныхместорождений при горизонтальном и пологом залегании залежей. Карьеры при этом имеют небольшую (до 40-80 м) и относительно постоянную глубину, различные размеры в плане и различную производственную мощность. Вскрышные породы и полезные ископаемые весьма разнообразны и практически охватывают все их возможные сочетания. Разработки глубинного вида (рис. 2, б) отличает выемка полезных ископаемых и вскрышных пород слоями в нисходящем порядке. Горную массу, как правило, перемещают снизу вверх на более высокие отметки или на поверхность. Разработке каждого нового горизонта предшествуют горно-подготовительные работы. Глубина карьера постепенно возрастает до 400-700 м и более (определяется границами карьерного поля). Вскрышные породы, как правило, размещают во внешних отвалах. При достижении предельной глубины карьера может применяться открыто-подземная разработка. В этом случае вскрытие нижележащего участка залежи осуществляется подземными выработками из карьера, транспортные коммуникации которого используются для доставки на поверхность полезных ископаемых.

Разработки ведутся на большей части рудных, нерудных и частичноугольныхместорождений при наклонном и крутом падении залежей средней мощности и мощных, охватывая все типы пород. Для открытых разработок нагорного вида (рис. 2, в) характерно перемещение покрывающих и вмещающих вскрышных пород и добытого полезного ископаемого средствами транспорта на более низкие отметки к месту расположения отвалов и технологического комплекса. При этом часть пустыхпород стремятся перемещать по кратчайшему расстоянию к флангам карьерного поля, в отвалы, располагаемые на безрудных (безугольных) площадях. Разрабатываются залежи различных руд, иногда горно-химического сырья и строительные горные породы, редко угольные месторождения, которые расположены значительно выше господствующего уровня поверхности. Полезные ископаемые и вскрышные породы в подавляющем большинстве скальные. Черты 2-го и 3-го видов открытых разработок месторождений имеют разработки нагорно-глубинного типа. Характерны они для сложных рельефов поверхности карьерного поля. Полезные ископаемые и вскрышные породы скальные или полускальные, иногда разнородные. Ведутся на месторождениях руд, горно-химического сырья, строительных горных пород и угля, где являются наиболее распространёнными и крупными. Особый вид открытых разработок месторождений — подводная добыча (рис. 2, г), проводимая, в частности, в поймах рек, на дне морей и озёр. В этом случае кровля и почва залежи расположены ниже открытого уровня воды; покрывающие породы — обычно относительно небольшой мощности: мягкие, плотные, полускальные или разнородные.

Перспективы открытых разработок месторождений связаны с оптимизацией параметров горных работ и оборудования, применением техники непрерывного действия, комплексным использованием добытой горной массы, переходом на большие глубины, широким применением автоматизированных систем и методов управления, внедрением малоотходных и ресурсосберегающих технологий.