Как добывают горные породы кратко

Обновлено: 08.07.2024

Добыча полезных ископаемых невозможна без предварительных разведопераций, делящиеся на предварительную и детальную стадию. Предварительная разведка (сверление, копание штолен или штреков) позволяет выявить форму залегания полезного ископаемого, количество, минералогический и химический состав.

Детальная разведка полностью выявляет количество полезных ископаемых, условия их размещения, а также распределение пластов в земле.

Существует несколько геофизических методов детальной разведки:

сейсмометрический — основан на изменении скорости прохождения в земле гибких колебаний от местных взрывов;
гравиметрический — основан на изменении силы тяжести массы в разных частях земли в зависимости от центра ее поверхностных слоев;
магнитометрический — основан на изменении магнитного силового поля на участках земли, где залегают руды магнитных металлов;
электрометрический — основан на разных величинах электропроводности горных минералов.

Добыча производится подземным (шахтным) и открытым способами

Подземный способ добычи начинают с проходки — добычи породы и установления ствола, а также выполнение подготовительных работ. Затем начинают выполнять основные работы — добычу полезных ископаемых. Добычу каменного угля осуществляют горными комбайнами и сверлильными машинами, а также используют погрузочно-транспортную технику.

Открытый способ подходит для добычи угля, руды, минеральных материалов, торфа. Операции по добыче подразделяют на вскрышные и непосредственно саму добычу, объединяющую отбой, погрузку, доставку и разгрузку породы и полезных ископаемых.

В зависимости от глубины месторождение делится на горизонтальные слои, которые разрабатывают отдельно и которым по мере выработки придают формы уступов. В процессе выполнения вскрышных работ, лишние породы направляют в пустое пространство отработанных карьеров (внутренние свалки) или вывозят их за территорию саморазгружающимся вагонами на внешние свалки. Отделение и рыхление крепких пород (руды, угля) выполняется взрывом, для чего сверлят шурфы, в которых размещают взрывчатое вещество. Собирают полезные ископаемые разными машинами (гусеничный экскаватор, конвейер и др.).

Добыча нефти производится двумя способами бурения скважин: ударным и круговым. Ударный способ используется редко, круговой бывает роторным и турбинным. Наиболее распространенное турбинное бурение с помощью турбобура, в котором основной частью есть многоступенчатая турбина, преобразующая энергию жидкости, протекающей сквозь нее, в механическую, что приводит к вращению вала — турбобура, на конце которого имеется долото для разрушения породы.

Эксплуатации нефтяных скважин

Существует несколько способов эксплуатации нефтяных скважин. Наиболее распространенным является фонтанный способ, в котором давление пласта превышает давление нефти в самой скважине.

Компрессорный способ используют тогда, когда скважина перестает фонтанировать. Тогда в скважину вводят две колонны труб. Сжатый газ нагнетают в скважину, по одной трубе, а по второй поднимается газонефтяная смесь.

Глубинно-насосный способ используют тогда, когда фонтанирования нет в связи с очень слабым давлением.

Газ добывают из скважины, как и при добыче нефти. От скважин газ идет в сепараторы, где он высвобождается от воды и механических примесей, затем его транспортируют в сборный коллектор, который является газосборным кольцом всего промысла. Оттуда газ подают на компрессорные станции магистрального газопровода для передачи потребителям.

Известно три способа добычи горных пород, применение каждого из которых зависит от глубины залегания вещества и от его содержания в породе. Открытый или, как его еще называют, карьерный способ разработки применим лишь при неглубоком залегании металла. Стоит уточнить, что открытый способ все же представляет большую опасность для экологии, даже несмотря на то, что после завершения работ карьер засыпают, а на его поверхности проводят рекультивацию. Отработанная порода сохраняет до 85% радиационного фона горных пород, территория загрязняется солями тяжелых металлов и сульфидами, ядовитыми для организма и покрывается пылью с содержанием радиоактивных элементов.

Другой метод добычи горных пород – подземный или шахтный позволяет добывать руду более высокого сорта, чем в предыдущем случае, однако добыча становится рентабельной лишь при высоком качестве руды. Обычно глубина современных горных пород не превышает 2 км, поскольку строительство более глубоких проходов повышает себестоимость добытого вещества. Организация радиационной защиты в штольнях и шахтах становится главной задачей добывающих предприятий, для чего в них устанавливают современные вентиляционные системы, позволяющие выводить радон из рабочего пространства и направлять внутрь рудника свежий воздух.

Добыча горных пород методом подземного выщелачивания считается наиболее щадящей для экологии. Для вскрытия месторождения руды используют систему скважин, в которые закачивают специальный химический реагент. Растворяясь в пласте, он выщелачивает из него полезные вещества, после чего насыщенный соединениями горных пород, выкачивается на поверхность. Монолитные залежи вскрывают подземными горными выработками, в некоторых случаях используют буровзрывные работы. Эта прогрессивная технология добычи имеет ряд ограничений: ее разрешено использовать ниже уровня залегания грунтовых вод и только в песчанике.

В целом, использование геотехнологического метода, описанного выше, позволяет отрабатывать месторождения с невысоким содержанием горных пород и сложными условиями залегания. К тому же в несколько раз снижаются затраты на строительство горно-обогатительных предприятий и одновременно повышается производительность работ. Однако даже использование высокотехнологичных способов добычи и переработки горных пород не исключает вероятности технических ошибок, которые могут привести к серьезным загрязнениям окружающей среды серной кислотой, металлами, высокому уровню радиации, а значит сделать дальнейшее использование природных ресурсов невозможным. Поэтому каждый существующий и перспективный проект добычи горных пород в мире предполагает привлечение экологов и оценки возможного негативного воздействия на дикую среду, а также разработку программы восстановления эндогенной природы и дальнейший мониторинг ее состояния.

Мы способны проектировать и профессионально конструировать подходящее решение по специальным требованиям заказчика. Мы оказываем широкий спектр услуг для своих клиентов и стремимся максимально удовлетворить потребности каждого.

Заполните форму и не забудьте вашу почту или телефон. Данная онлайн-заявка не нужно дополнительная программа.

Горные породы добывают открытым способом (в карьерах). Горнодобывающая промышленность получает продукцию трех типов:
1. Камень необработанный (бутовый).
2. Камень дробленый (щебень).
3. Камень штучный (блоки).
Выбор способа отделения от массива зависит от физико-механических свойств горной породы, условий ее залегания (отдельности) и типа продукции, которую нужно получить.
Подготовка к добыче и добыча горных пород включает несколько этапов:
1. Детальную разведку месторождения, определение запасов сырья, разработку проекта добычи и технико-экономическое обоснование. В этот период производят отбор проб породы, их испытание, определяют физико-механические свойства.
2. Вскрытие месторождения - удаление покровного слоя и участков, подвергшихся выветриванию. Далее производят организацию карьера, добычу массивных пород ведут уступами.
3. Отделение горной породы от массива, зависящее от отдельности и физико-механических свойств породы.
Рыхлые горные породы (глина, песок, гравий) разрабатывают экскаваторами и гидромеханическим способом (драги, землечерпалки) - размывают породу водой и транспортируют по трубопроводам.
Массивные горные породы - породы плотные, средней и низкой прочности, мягкие, а также пористые вулканические туфы, пористые известняки, доломиты и песчаники разрезают дисковыми или канатными пилами и получают крупные или мелкие блоки, соответствующие требованиям ГОСТ РФ (рис. А.6-А.11).

При производстве облицовочных материалов, выбор способа разработки определяется средней плотностью, пористостью, прочностью и твердостью горной породы.
В табл. 2.4 приведена технологическая классификация горных пород.

Породы плотные, твердые (магматические глубинные или излившиеся, а также гнейс и кварцит). Способ отделения зависит от типа продукции.
Бутовый камень получают взрывным способом. Взрывной способ добычи состоит из следующих операций: бурение скважин в массиве; закладка взрывчатых веществ и взрывание. При этом порода дробится на куски (отделение от массива). Применяются бризантные (дробящие) взрывчатые вещества - аммонит, тротил и другие.
Удаление (выемка) горных пород при открытом способе производится слоями с опережением верхними слоями нижних, в результате образуются уступы. Выемка осуществляется двумя, тремя и реже большим числом уступов. Сочетание уступов, находящихся в разработке, составляет рабочую зону карьера. При добыче скальных пород ширина взрываемого блока изменяется в пределах от 15 до 45 м.
Образовавшиеся при взрыве негабаритные куски, размеры которых превышают допустимые для экскаваторов, также дробят взрыванием (рис. А.13).
Транспортирование горной породы из карьера на дробильно-сортировочный завод с целью ее переработки осуществляется главным образом в большегрузных автосамосвалах (рис. А.14). Основные технологические процессы переработки горных пород - дробление исходной горной массы и разделение на фракции (грохочение); иногда производится промывка щебня, гравия и песка, а также обогащение с целью снижения содержания глинистых и пылевидных фракций.

При этом образуются малорастворимые в воде вещества (фториды кальция и магния, кремнегель), заполняющие поры и повышающие плотность поверхностного слоя.
При обработке пород, не содержащих карбонатов, вначале производится пропитка водным раствором CaCl2 (аванфлюатирование) с последующей обработкой кремнефторидом.
2. Обработка поверхности карбонатных пород жидким стеклом (силикатирование). Коагуляция жидкого стекла и его химическое взаимодействие с основой (CaCO3) приводят к образованию малорастворимых в воде веществ (кремнегеля, гидросиликатов кальция), которые заполняют поры. Обработка горных пород, не содержащих CaCO3, также производится в две стадии: первичная пропитка жидким стеклом и последующая обработка водным раствором CaCl2.
3. Гидрофобные покрытия. На открытую поверхность камня наносят тонкие (в том числе мономолекулярные) слои гидрофобизаторов - несмачивающихся водой веществ. В качестве гидрофобизаторов используют растворы или эмульсии солей жирных кислот - стеараты кальция, алюминия, цинка, а также высокомолекулярные кремнийорганические смолы (силиконы).

Горные породы окружают нас повсюду. Это и песок в песочнице, и стены дома, и декоративные изделия. Вообразить существование нашей цивилизации без них сложно.

Что такое горная порода

Горные породы – это массы из одного либо нескольких видов минеральных компонентов, органического вещества. Они сформированы природными процессами и слагают земную кору.

В широком смысле к горным породам причисляют также воду, жидкие углеводороды и газы.

Это предмет изучения нескольких наук: литологии, петрографии, петрофизики, геохимии, геодинамики.

Разновидности

Наиболее популярна классификация минерального сырья по происхождению. Выделяют четыре класса горных пород.

Магматические

Формируются в результате остывания магмы. Состав и свойства зависят от температуры, давления, глубины извержения, минерального и химического состава расплава.

Магматические горные породы

Магматические горные породы подразделяются на интрузивные и эффузивные:

Интрузивные. Формируются на глубине при замедленном остывании расплава.
Эффузивные. Застывают при выходе магмы на поверхность.

Разновидность интрузивных – гипабиссальные породы. Они образуются на меньшей глубине. Отличить от интрузивных позволяет неравномерно-зернистая текстура.

Магматическое сырье классифицируется как первичное.

Представители группы: базальт, гранит (и его разновидность пегматит), лабрадорит, габбро.

Базальт

Осадочные

Осадочные горные породы формируются на поверхности или очень малой глубине при низкой температуре и давлении.

Осадочные породы

Это результат нескольких процессов:

Переформирование фрагментов более древних руд, в результате чего получаются обломочные породы.
Концентрация продуктов жизнедеятельности биологических организмов.
Осаждение из воды химических элементов и соединений.

Осадочный материал считается вторичным. Его отличает слоистость и залегание пластами.

Применение гипса

Метаморфические

Метаморфические, то есть измененные, руды создаются, когда осадочные и магматические изменяются под воздействием окружающей среды.

Если температура заставляет породу плавиться, говорят об ультраметаморфизме. Такой процесс уравнивает метаморфические горные породы с магматическими.

Сланец в интерьере

Метасоматические

Метасоматические горные породы – итог взаимодействия с жидкостями. Вода, расплавы карбонатов, силикатов, других соединений проходят сквозь рудную толщу. Материнская руда остается твердой, но, насыщаясь, меняет химический состав.

Их легко отличить по зональности, создаваемой потоком. При этом каждая зона выглядит по-своему.

Представители: вторичные кварциты, березиты, гумбеиты, скарны, альбититы.

Скарн дальнегорский

90% объема земной коры – это магматические, метасоматические и метаморфические горные породы. Однако осадочные (10% объема) охватывают три четверти поверхности планеты.

Возраст

Ученые и геологи определяют возраст горных минералов по двум шкалам.

Относительный

Возраст горных пород определяется относительно друг друга: какая моложе, какая старше.

Это выясняют стратиграфическим или палеонтологическим методами:

Стратиграфический метод предусматривает изучение взаимного расположения слоев. Но только если за миллионы лет движения из-за тектонических процессов не наблюдалось. То есть разрушения слоев не было, их последовательность сохранилась. В этом случае чем выше слой, тем моложе порода. В самых верхних слоях она самая молодая.
Маркер палеонтологического метода – ископаемые органические остатки. Установлено, что слои-ровесники содержат остатки одних и тех же видов растений или животных.

Оба метода берут за основу расположение слоев породы в земной коре.

Абсолютный

Точный возраст залежей выясняют по состоянию радиоактивных элементов в составе.

Степень распада радиоактивных элементов известна точно, у него постоянная скорость, на которую не влияют внешние катаклизмы. Это позволяет установить возраст горной породы с точностью до сотен лет.

Обычно используются уран-235 или 238, торий-232, углерод-14.

Выбор изотопа зависит от предполагаемого возраста породы:

Для материала моложе 50 тыс. лет (например, торфа) это изотоп углерода.
Изотопы урана, свинца, тория, калия, самария годятся для пород старше 3,5 млрд. лет. -стронциевый, уран-свинцовый материал применим к образцам возраста от ста млн. до пяти млрд. лет.

Для определения возраста рассчитывают отношение массы вновь образованного элемента к массе используемого радиоактивного изотопа.

Месторождения

Горные породы – основа земной коры, почти все их месторождения имеют промышленное значение.

Их классифицируют по нескольким признакам:

Вид сырья. Рудные, нерудные, горючие (углеводороды, сланцы, угли, торф), гидроминеральные (вода).
Геологическое строение. Простые, сложные, особо сложные. За основу взято состояние слоев, равномерность залегания.
Глубина залегания. В зависимости от нее сырье добывают открытым (карьер) или закрытым (шахта) способом.

Объемы добычи измеряются миллионами тонн, цена почти всегда устанавливается также за тонну. Исключение – радиоактивные, декоративные материалы. Например, каррарский мрамор.

Свойства и характеристики

Каждая горная порода наделена характеристиками и свойствами, которые создают ее уникальное описание. Среди основных – структура и текстура.

Структура создается зернистостью (форма и габариты зерен), кристалличностью, соотношением компонентов:

У магматических учитывается степень кристалличности.
Для осадочного материала актуальна форма кристаллов.
Метаморфические агломераты классифицируют по размеру зерен.
Метасоматические образования наделены гранобластовой структурой.

Текстура – это взаимное расположение и распределение компонентов в объеме:

У магматических бывает однородной либо неоднородной.
У осадочных различают характер поверхности и межслоевой.
Метаморфические горные образования представлены пятнистой, полосчатой, сланцевой, плойчатой, другими текстурами.
У метасоматических горных пород она наследуется от исходных компонентов или создается в виде ритмичных слоев.

Текстура отражает слоистость, пористость, массивность, цвета, оттенки породы.

Сферы применения

В отличие от драгоценных минералов, горные породы имеют, в первую очередь, утилитарное, прикладное значение. Но могут приносить и эстетическое наслаждение.

Хозяйственный комплекс

Промышленность, другие отрасли используют горные породы всех видов:

Из руд извлекают металлы, включая редкоземельные и ценные. Например, габбро – источник железа, титана, ванадия, никеля, меди, серы. Пироксениты насыщены железом и платиной.
Гранитом, мрамором, базальтами, порфирами декорируют здания и интерьеры премиум-уровня. Из кирпича, бетона возводят частные дома, общественные здания.

Без горных минералов не обходится пищевая, химическая отрасль, машино-, приборостроение.

Нашли применение даже алмазы. Рядовое сырье служит абразивом, элитный горный минерал превращается в бриллиант.

Его разновидность графит становится стержнями в карандашах и ядерных реакторах.

Применение графита

Другие сферы

Достоянием истории стала античная скульптура из мрамора, греческий Парфенон, средневековые храмы.

Современными мастерами-камнерезами востребованы гранит, мрамор, яшмы, эстетические разновидности другого сырья. Из них изготавливают статуи, канделябры, настольные приборы, резные каминные полки, другие подобные изделия. А также эзотерический ассортимент, раскупаемый адептами эзотерики, магами, целителями.

Столешницы из мрамора

Собиратели минералогических коллекций не упустят возможности приобрести даже рядовой экземпляр для полноты ассортимента.

Зачем нужно изучать свойства пород

Выявление свойств горных пород имеет практическое значение:

Малая пористость делает агломерат прочнее, плотнее. Он меньше уязвим перед влагой, но хуже проводит тепло, ток. Аналогична ситуация с зернистостью.
От упругости зависят акустические параметры.
Магнитные, электрические характеристики влияют на электромагнитные свойства.

При разработке месторождения учитывают объемы залежей плюс характер сырья: твердость, плотность, цельность, степень выветривания. Исходя из этого, подбирают технику, определяют количество, состав бригады, время на выполнение работ.

Точные физико-технические характеристики породы помогают разработать оптимальную технологию их использования.

Для строителей имеет значение массивность, прочность, истираемость породы. У декораторов в приоритете красота и возможность обработки.

Если полезные ископаемые залегают на глубине \(20\)–\(30\) м, то выгоднее снять верхний слой земли, дойти до полезного ископаемого и вести добычу в карьере .

В карьерах добывают глину, песок, известняк, гранит. Раньше это делали с помощью кирки и молотка, а сейчас — с помощью взрывов. Породу взрывают, а затем её подбирают экскаваторами, грузят в машины и отправляют на переработку.

Если полезные ископаемые залегают глубоко, то приходится строить шахты . Так добывают уголь, металлическую руду, калийную соль.

Чтобы добыть из-под земли нефть или природный газ, возводят буровые установки и пробуривают скважины . Бурить начинают в том месте, где, по мнению геологов, должна быть нефть. И бурят до тех пор, пока из скважины не вырвется чёрный фонтан.

Читайте также: