Разработка месторождений полезных ископаемых,
система организационно-технических мероприятий по добыванию полезного ископаемого из недр Земли. Различают Р. м. п. и. открытым и подземным способами.
Открытыми горными работами извлекают твёрдые полезные ископаемые (см. Открытая разработка месторождений полезных ископаемых); по применяемой технике и методам ведения работ в особую группу выделяется разработка месторождений торфа.
При подземной разработке месторождений добычные работы либо ведутся из подземных горных выработок (см. Подземная разработка полезных ископаемых), либо извлечение полезных ископаемых осуществляется через скважины; последний способ применяется для добычи всех жидких и газообразных полезных ископаемых (см. Нефть и Газы природные горючие), а также твёрдых полезных ископаемых при воздействии на залежь одним из физико-химических методов (например, подземное растворение, подземное выщелачивание, скважинная гидродобыча, подземная газификация углей). Развивается направление, связанное с использованием микроорганизмов для добычи полезных ископаемых (см. Бактериальное выщелачивание).
Особое место занимает разработка месторождений Мирового океана и извлечение полезных ископаемых из морской воды (см. Подводная добыча полезных ископаемых).
В начале 70-х гг. 20 в. в мире ежегодно добывалось свыше 11 млрд. т твёрдых полезных ископаемых, около 3 млрд. т нефти и около 1000 млрд. м3 природного газа. Прирост мировой горной промышленности составляет не менее 4—5% в год; примерно каждые 15—18 лет объём добычи полезных ископаемых удваивается. В стоимостном выражении на разработку энергетического сырья приходится 72%, руд — 21%, нерудныхископаемых — 7%
Открытым способом в мире добывается около 60% металлических руд, 85% неметаллических руд, 100% нерудных полезных ископаемых и около 35% угля. Подземный способ разработки применяется для полезных ископаемых, залегающих на больших глубинах.
Характерные особенности разработки твёрдых полезных ископаемых: строительство высокопроизводительных горных предприятий (карьеры годовой мощностью десятки млн. т полезного ископаемого, шахты и рудники — несколько млн. т);отработка месторождений с низким содержанием полезного компонента; комплексное использование полезных ископаемых при разработке месторождения (например, использование вскрышных пород для строительной индустрии); переход на большие глубины (для карьеров — сотни м, для рудников — несколько км); внедрение (на базе комплексной механизации и автоматизации) циклично-поточных и поточных схем ведения работ; улучшение производственных условий и техники безопасности; рекультивация земель и недр, нарушенных горными работами. При разработке нефтяных и газовых месторождений внедряются новые способы воздействия на продуктивные пласты с целью более полного извлечения полезного ископаемого из недр, автоматизированные системы добычи.
Открытая разработка месторождений
полезных ископаемых, открытые горные работы, добыча полезных ископаемых с земной поверхности (см. Карьер).
Наиболее древние открытые разработки камня относятся к 6-му тыс. до н. э. Полиметаллические руды для выплавки бронзы извлекались открытым способом в 4-м тыс. до н. э. в Индии, на Синайском полуострове, в районе Кавказа, в Северной Эфиопии и др. О. р. м. железных руд известна со 2-го тыс. до н. э. на Ближнем Востоке, в Индии и несколько позже в Южной Европе. В средние века в значительных масштабах осуществлялась О. р. м. руд цветных металлов в Испании (Рио-Тинто), мрамора в Италии, медных и желе руд на территории России (Урал). В 18 в. в России, вначале на Урале, а затем в Сибири, распространилась открытая разработка россыпных месторождений. В начале 20 в. в США и Германии в связи с развитием машинной техники стала бурно развиваться О. р. м. В дореволюционной России на Урале, в Кривом Роге, Сибири преобладали полумеханизированные открытые горные работы.
В СССР первые крупные карьеры по добыче угля, руд чёрных и цветных металлов, неметаллических руд были созданы в 1928—41. Важную роль О. р. м. сыграла в годы Великой Отечественной войны 1941—45, позволив обеспечить быстрый ввод в эксплуатацию предприятий и значительное увеличение производственных мощностей. Особенностью послевоенного периода является механизация всех производственных процессов, переход на более мощные машины и механизмы, унификация экскаваторного и транспортного оборудования. О. р. м. обеспечивает 60—65% мирового потребления рудного и нерудного сырья и 30—35% твёрдого топлива (1972). Это объясняется экономической эффективностью открытой разработки: например, стоимость открытой добычи угля в 2,5—3, а руды в 1,5—2 раза ниже, чем при подземной разработке месторождений, а производительность труда в 2—3 раза выше. При использовании мощного горного и транспортного оборудования, средств автоматизации и вычислительной техники открытыми работами осваиваются крупные месторождения с низким содержанием металла в руде и тем самым увеличиваются запасы дефицитных сырьевых ресурсов. По сравнению с подземной разработкой потери полезного ископаемого снижаются в 4—5 раз. В связи с этим генеральное направление развития горнодобывающей промышленности — рост добычи открытым способом (см. табл.).
Удельный вес открытой разработки месторождений полезных ископаемых в общей добыче в СССР (%)
| Отрасль горной промышленности | 1950 | 1960 | 1970 |
| Угольная..…………………Железорудная..………….Марганцоворудная………Цветных металлов……….Горно-химическая………. | 16,648,9—50,0— | 20,057,129,553,039,2 | 28,379,261,067,056,0 |
О. р. м. в СССР позволяет создавать мощные комплексы по добыче, переработке и потреблению сырья, отличающиеся высокой концентрацией производства, развитой сетью транспортных коммуникаций, минимальным расстоянием перевозок сырья и низкими затратами на производство. Так, на базе месторождений Канско-Ачинского бассейна и на Экибастузском угольном месторождении создаются предприятия производств. мощностью 45—60 млн. m угля в год, в железорудной промышленности работают предприятия с добычей до 30 млн. т сырой руды в год, в промышленности строительных материалов работают предприятия с годовой добычей 30—35 млн. т асбестовой руды, строятся (1974) предприятия с годовой добычей 10—12 млн. т гранита для производства щебня.
Объём удаляемых в отвал вскрышных пород при О. р. м. обычно значительно превышает объём добываемого полезного ископаемого. Отношение этих объёмов характеризуется коэффициентом вскрыши, который иногда достигает 25, т. е. на 1 т полезного ископаемого приходится 25 т вскрышных пород. Рациональное планирование горных работ по периодам осуществляется по графикам режима горных работ и календарным планам. От формы и глубины залегания месторождения полезных ископаемых, количества вскрышных (пустых) пород, их физико-механических свойств зависят способы вскрытия (см. Вскрытие месторождения) и системы открытой разработки.
О. р. м. ведёт к изменению форм земной поверхности, агротехнических свойств земли и гидрогеологических режимов районов. В зависимости от ценности нарушенной земли производится её полная или частичная рекультивация.
О. р. м. включает этапы: подготовку поверхности, осушение месторождений полезных ископаемых, горно-капитальные работы (рис. 1), вскрышные работы (удаление пустых пород, покрывающих или вмещающих полезное ископаемое) и добычные работы. Вскрышные и добычные работы включают процессы отбойки, выемки, транспортировки и разгрузки полезного ископаемого. Эти основные производств. процессы объединяются в единую технологию на базе комплексной механизации и автоматизации. К вспомогательным процессам при О. р. м. относятся зачистка уступов, ремонт и строительство дорог (автомобильных, железных), водоотлив и др. Отбойка состоит в отделении горной массы от массива с одновременным её дроблением с помощью буровзрывных работ (см. Бурение, Взрывные работы). Выемка-погрузка производится, как правило, экскаваторами и погрузчиками. Горную массу перемещают из забоя средствами карьерного транспорта. Массив, сложенный некрепкими горными породами, не требует предварительного рыхления; в этом случае отбойка и погрузка составляют единый процесс, осуществляемый экскаваторами, скреперами, погрузчиками, бульдозерами или др. механическими средствами либо с помощью гидромеханизации. При разработке россыпей успешно применяются драги. Полезные ископаемые транспортируются на склады или места их переработки, пустая порода – в отвалы.
Различают цикличную, циклично-поточную и поточную технологию О. р. м. При цикличной технологии процессы выемки и транспортирования прерываются технологическими паузами. При циклично-поточной технологии (рис. 2) выемка осуществляется машинами цикличного действия (одноковшовыми экскаваторами или погрузчиками), а перемещение — ленточными конвейерами или сочетанием конвейерного транспорта с автомобильным (иногда с применением самоходных дробильных агрегатов или полустационарных и стационарных дробильных, дробильно-сортировочных или сортировочных установок) или ж.-д. транспортом. При поточной технологии процессы отбойки, выемки, транспортировки, разгрузки выполняются механизмами непрерывного действия (например, многочерпаковыми экскаваторами, ленточными конвейерами или гидромеханизацией). Для цикличной и циклично-поточной технологии разработаны и созданы системы автоматизированного управления отдельными процессами, информация о протекании которых обрабатывается с помощью средств вычислительной техники. Для поточной технологии, и прежде всего техники непрерывного действия, существуют автоматизированные системы управления производством. Техника непрерывного действия в СССР создаётся на базе комплексов оборудования с роторными экскаваторами и теоретической производительностью 630, 1250, 1500, 2500, 5000, 10000, 12500 м3/ч. Наиболее освоенный вид техники непрерывного действия — роторные экскаваторы с нормальным усилием резания. Совершенствование поточных схем горных работ связано с применением полустационарных и самоходных дробильных и дробильно-грохотильных агрегатов производительностью до 2000 т/ч, а также надёжных конвейеров с лентами, способными перемещать крупнокусковой абразивный материал.