Способы добычи полезных ископаемых в окружающей нас природной среде
Друзья, всем привет, сегодня я расскажу вам о том, какие существуют способы добычи полезных ископаемых, и их влияние на окружающую среду, но прежде всего эти способы зависят от самих ископаемых, их физико-химических свойств, мест размещения и развития технического прогресса.
Еще совсем недавно добыча природных ресурсов производилась вручную, что требовало больших физических усилий и немалых трудозатрат, а сама она имела достаточно низкую производительность труда.
В современных же условиях все изменилось коренным образом: с развитием мощных технических средств и применением специальных машин трудозатраты снизились, а производительность и объемы добычи ископаемых значительно возросли.
Основные способы и технология добычи природных ресурсов
Все минеральные ресурсы, как твердые, так и жидкие, и газообразные на нашей планете располагаются неравномерно и находятся либо на поверхности, либо глубоко под землей, и в зависимости от их мест размещения и залегания для их добычи используют тот или иной способ.
Самими распространенными способами добычи природных ресурсов можно считать:
- открытый способ либо карьерный способ,
- закрытый способ либо подземный или шахтный способ,
- комбинированный способ либо открыто-подземный способ,
- геотехнологический способ либо скважинный способ,
- дражный способ.
Все эти способы имеют как свои преимущества, так и недостатки, поэтому технология добычи полезных ископаемых открытым способом предполагает создание на местах разработки и добычи природных ресурсов глубоких котлованов в виде больших карьеров или разрезов, размеры которых зависят от относительно небольшой глубины и протяженности, а также мощности пластов залегания ископаемых.
Преимуществом такого способа добычи является его относительная дешевизна, наибольшая производительность и трудоемкость, безопасные условия труда, а недостатками — большое снижение качества сырья из-за содержания в нем большого количества пустых пород, негативные последствия по отношению к окружающей среде.
Таким способом обычно добывают природное строительное и индустриальное сырье такое как –
- известняк и мел,
- песок и глина,
- торф и уголь,
- медь и свинец,
- молибден и никель,
- олово и вольфрам,
- хром и марганец,
- цинк и железо.
Твердые ископаемые, находящиеся на достаточной большой глубине залегания добывают подземным, т.е. закрытым способом, при котором сооружают подземные шахты. 
Недостатком такого способа является его огромный риск для горняков, связанный с обрушением и загазованностью, а значит и взрывоопасностью.
Таким способом обычно добывают руды, полиметаллы и минеральное сырье такие как:
- медь и золото,
- вольфрам и железо,
- каменный уголь и минеральные соли.
Если открытый и закрытый способ добычи полезных ископаемых не подходит для данного месторождения промышленного сырья, то применяют комбинированный открыто-подземный способ, где сначала добываются открытым способом сырье из верхних слоев, а затем уже шахтным методом дорабатывают оставшиеся запасы металлических руд, залегающие на достаточно большой глубине.
Достоинствами такого способа являются большие объемы добычи природного сырья, а таким способом обычно добываются многие цветные металлы и алмазы.
Геотехнологический или скважинный способ используют при добыче специальных видов сырья, имеющих газообразное или жидкое состояние с помощью такой процедуры как бурение глубоких скважин, где при помощи физико-химического метода осаждения, выщелачивания и плавления извлекают из недр земли на поверхность выходящие по трубам полезные ископаемые.
Таким способом обычно добываются:
- газ и нефть,
- сера и литий,
- фосфор и уран.
И наконец, отдельный дражный способ, где горное предприятие одновременно осуществляет как добычу сырья, так и его обогащение, т. е. с помощью специального оборудования первично происходит отделение ценной породы от сопутствующей пустой.
Таким способом обычно разрабатываются месторождения россыпей:
- золота и алмазов,
- платиноидов и касситерита.
Влияние на окружающую среду добычи полезного сырья
Добыча полезных ископаемых любым способом не может не оказывать на окружающую среду своего негативного воздействия, так как занимает огромные площади хозяйственных земель, доходящие порой до десятков тысяч квадратных километров. 
Такая техногенная нагрузка на природную среду нарушает естественный ход саморегуляции жизненных процессов окружающей среды и порой приводит к ее быстрой деградации.
Как правило, под их разработками находятся самые продуктивные почвенные черноземы:
- полей и пашен,
- лесов и водоемов,
- дорог и населенных пунктов.
Производство добычи начинается с подготовительных очистных работ, где на местности удаляются все искусственные преграды, так:
- вырубаются многолетние леса с ценными породами деревьев,
- осушаются вековые водоемы в виде болот, рек и озер,
- прокладываются инженерные коммуникации в виде водоотводящих канав и подъездных путей.
Затем производят вскрышные работы, целью которых служит послойное удаление и перемещение в отвалы пустой породы открывающей доступ к самим природным ресурсам:
- мягкую и легкую породу разрабатывают при помощи бульдозеров и землеройных машин,
- скальную и твердую породу сначала взрывают при помощи буровзрывной техники, а потом разрабатывают при помощи экскаваторов и скреперов,
уже обнаженные полезные ископаемые добывают и грузят на специальные транспортные средства — карьерные самосвалы, которые везут добытое сырье на обогатительные предприятия и металлургические комбинаты.
Добыча природного сырья имеет еще и такие негативные последствия для окружающей среды как загрязнение почвы, воды и воздуха химическими элементами отвалов, что пагубно влияет как на растительный, так и животный мир данной местности.
Это негативное воздействие на окружающую среду отрицательно влияет и на здоровье людей, живущих в близлежащих местностях – повышением заболеваемости местного населения.
Поэтому в период разработки месторождений полезных ископаемых необходимы такие регулярные мероприятия как — проведение наблюдений и экологический мониторинг.
Уменьшить негативное влияние на окружающую среду в дальнейшем можно усовершенствованием методов разработки, а также с помощью рекультивации этих земель, возвратом и приведением их в первоначальное состояние, однако на это нужны огромные финансовые средства и немалый временной интервал.
Поэтому добывающие предприятия согласно закону охраны недр и окружающей среды обязаны после всех проведенных работ по добыче сырья обеспечить восстановление естественного ландшафта местности, где за свой счет они сажают леса и разбивают лесопарки с созданием в последствие зон отдыха, а также восстанавливают плодородный слой почвы, вовлекая его в сельскохозяйственный оборот.
Надеюсь, вам понравилась моя статья о способах добычи полезных ископаемых, и вы узнали из нее много полезного для себя. Может быть, и вы знаете какие–то новые способы добычи природного сырья. Расскажите мне об этом в комментарии к статье, мне будет любопытно их узнать. Разрешите на этом с вами попрощаться и до новых встреч дорогие друзья.
Предлагаю Вам подписаться на обновления блога, чтобы получать мои статьи на свою почту. А также вы можете поставить свою оценку статье по 10 системе, отметив ее определенным количеством звездочек. Приходите ко мне в гости и приводите друзей, ведь этот сайт создан специально для вас. Я всегда рада видеть вас и уверена, что вы обязательно найдете здесь много полезной и интересной информации.
Источник
Физико-химическая геотехнология
Физико-химическая геотехнология (ФХГ) – это совокупность физических, химических и технологических процессов, происходящих в недрах земли при добыче через специальные скважины (дренажные выработки) полезных ископаемых, с изменением их физического, агрегатного или химического состояния (см. схемы).
Это одна из самых молодых геотехнологий, наиболее быстро развивающаяся в настоящее время. Огромный вклад в развитие теории и практики ФХГ внесли Д. И. Менделеев, предложивший подземную газификацию угля; В. И. Вернадский и А. Е. Ферсман, создавшие теоретические основы геохимических, а во многом и физико-химических процессов геотехнологии. В становлении геотехнологии как науки особые заслуги принадлежат акад. Н. В.Мельникову, основавшему в МГГУ специальную кафедру и постоянно оказывавшему внимание всем вопросам ФХГ – от определения ее понятий до практической реализации ее методов.
В современных условиях в связи с ростом потребления ресурсов недр возникает необходимость в отработке бедных и глубокозалегающих месторождений, в переработке старых отвалов бедных руд и хвостохранилищ, содержащих многие полезные ископаемые. Однако достигнутый уровень физико-технической геотехнологии не позволяет решать такие задачи при одновременном повышении экономической и экологической эффективности производства. Выход из этой ситуации требует поиска принципиально новых решений, одно из которых – соединение непосредственно в недрах операций по добыче полезных ископаемых с их переделом, что является задачей физико-химической геотехнологии, включающей в себя три составные части определенного содержания (табл. 13.2).
Таблица 13.2. Составные части физико-химической технологии
Составная часть ФХГ
Содержание составной части
Учение о горной среде
Свойства горной среды, породы, полезного ископаемого, геологические условия залегания
Физико-химические основы воздействия на горную среду
Основы учения о химических и физических превращениях полезных ископаемых и горных пород при взаимодействии их с рабочими агентами, теория процессов движения рабочих и продуктивных флюидов в недрах, технологические основы процессов добычи и переработки продуктивных флюидов
Учение о физико-химических методах геотехнологии
Теория проектирования геотехнологических комплексов, вскрытие и подготовка месторождений, системы разработки, средства добычи и управления, экономические, экологические и социальные аспекты геотехнологии
Основной принцип ФХГ формулируется как: исследование процесса добычи и изменений горной среды под влиянием рабочих агентов с целью перевода полезного ископаемого в подвижное состояние и извлечения его на поверхность. Исходя из этого принципа, в ФХГ выделяют три основных направления: изучение влияния физико-геологической обстановки и горной среды на процесс перевода полезного ископаемого в подвижное состояние, изучение собственно превращений: химического и физического характера (установление природы процесса и последовательности протекания отдельных стадий), изыскание средств осуществления процессов добычи. Конечная цель ФХГ – развитие геотехнологических способов добычи, прогнозирование протекания процессов и оптимизация параметров технологии.
Для ФХГ характерна универсальность подхода к изучаемым явлениям. На основе изучения процессов и средств бесшахтной добычи, полезных ископаемых и воздействия на них химическими и физическими методами в геотехнологии используются методы физики, химии, геологии и горных наук, что позволяет количественно оценить происходящие процессы, обеспечить возможность их изучения и использования.
Физико-химические методы геотехнологии добычи таких полезных ископаемых, как соль, золото, сера, уран, железо, медь уже, широко используются, а для ряда других еще только разрабатываются (табл. 13.3).
Таблица 13.3. Физико-химические методы геотехнологии
Объекты промышленного освоения
Объекты полупромышленных и опытных исследований
Месторождения каменной и калийных солей
Месторождения бишофита, соды, глауберовой соли
Месторождения меди, урана, золота
Месторождения марганца; сульфидные месторождения меди, свинца, цинка и никеля, фосфоритов, титана, известняка, осадочные бурожелезняковые месторождения
Месторождения каменного и бурого угля
Осушенные месторождения серы, месторождения битумов, горячих сланцев, руд, содержащих мышьяк и ртуть
Месторождения фосфоритов, строительные пески, железо, золото
Осадочные месторождения металлов, строительные пески и гравий, титан, золото, алмазы, касситерит в погребенных россыпях, желваковые фосфориты, уголь, мягкие бокситы, алмазоносные породы и т. д.
Добыча полезных ископаемых из подземных вод
Месторождения йодобромистых вод, а также вод, содержащих бор, уран, стронций
Сточные воды шахт, рудников и нефтепромыслов
Извлечение и использование тепла Земли
Тепло «сухих» горных пород
Особую важность имеют работы по геотехнологической оценке месторождений полезных ископаемых, ибо только благодаря ФХГ становятся доступными для горной промышленности многие забалансовые месторождения полезных ископаемых, отвалы бедных руд и старые хвостохранилища, содержащие много полезных компонентов.
В настоящее время бурно развивается микробиологическая наука. Однако результаты ее исследовательских разработок пока не готовы для промышленного использования из-за специфичности горно-геологических условий залегания руд отечественных месторождений. Главные перспективы ФХГ связываются с решением ее химических аспектов, причем не только с поиском рабочих агентов для перевода полезного ископаемого в подвижное состояние, но и с их промышленным применением, с решением проблемы всех сопутствующих реакций, а следовательно, с получением попутных продуктов, которые, в большинстве случаев, могут влиять как на основной процесс добычи, так и на переработку.
Необходимо интенсифицировать работы по созданию эффективных техники и технологии бурения геотехнологических скважин, способов их подготовки к эксплуатации. Актуальна проблема эффективного сооружения наклонно направленных скважин, особенно для условий сложного залегания продуктивных пластов. Основная проблема при бурении технологических скважин – качество вскрытия продуктивного горизонта, т. е. подготовки месторождения для его эффективной разработки.
ФХГ должна внести значительный вклад в осуществление энергетической программы. Однако технологии подземной газификации, гидрогенизации и перегонки угля, сланца, битума, нефти в настоящее время разрабатываются медленно. Особую роль ФХГ будет играть в социальном и экологическом плане, ибо с точки зрения охраны окружающей среды ее методы наиболее приемлемы и именно они обеспечивают безлюдную, безмашинную и поточную технологию добычи, позволяют вывести из забоя рабочих, создать им комфортные условия труда, отвечающие требованиям времени.
Методы ФХГ характеризуются следующими особенностями:
Разработка месторождений, как правило, ведется через скважины, которые служат для вскрытия, подготовки и добычи полезного ископаемого.
Месторождение рассматривается как объект добычи полезного ископаемого и место его частичной переработки, так как технология добычи предусматривает избирательное извлечение.
Рудник состоит из трех основных элементов: блока приготовления рабочих агентов, добычного поля (рудного тела, где протекает процесс), блока переработки продуктивных флюидов. Инструментом добычи служат рабочие агенты (энергия или ее носители, вводимые в рабочую зону, например, химические растворы, электрический ток, вода или другой теплоноситель).
Под воздействием рабочих агентов полезное ископаемое изменяет агрегатное или химическое состояние, образуя продуктивные флюиды (раствор, расплав, газ, гидросмесь), которые обладают высокой подвижностью и могут перемещаться.
Разработка месторождения зональна, а сам метод определяет размеры и форму рабочей зоны и ее перемещения в эксплуатируемой части месторождения.
Управление процессом добычи осуществляется с поверхности путемизменения параметров рабочих агентов (расход, температура, давление, концентрация и т. д.), места их ввода в залежь и отбора продуктивных флюидов.
Методы ФХГ можно классифицировать по процессам добычи, в основе которых – вид и способ перевода полезного ископаемого в подвижное состояние. Различают химические, физические и комбинированные методы добычи.
К химическим методам относятся:
подземное растворение водой каменной, а также калийных, магнезиальных и урановых солей, сульфатов и сульфаткарбонатов, буры и др.;
подземное выщелачивание растворами: кислот – серной (целестин, азурит, куприт, некоторые урановые минералы и др.), соляной (сфалерит, молибденит, уранит и др.) и азотной (аргентит, висмутин, сфалерит и др.); щелочей (бокситы, антимонит); солей – сернистого натрия, хлористого железа, цианистого калия (золото), других реагентов;
подземная термохимическая переработка полезного ископаемого сжиганием (например, подземная газификация, угля, сланца, нефти) и обжигом (пирит, халькопирит, антимонит и др.).
К физическим относятся методы, в основе которых следующие способы: подземная выплавка (серы, азокерита и др.) и возгонка (реальгара, киновари и др.); разрушение рыхлых пород струей воды (например, скважинная гидродобыча) и превращение их в плывунное состояние вибрацией или другими способами.
К комбинированным относятся методы, основанные на совместном использовании химических и физических процессов (например, выщелачивание металлов в электрических полях). К ним следует отнести также методы бактериального выщелачивания.
Возможность применения того или иного геотехнологического метода обусловлена геотехнологическими свойствами и физико-геологическими условиями залегания полезного ископаемого. Главным условием применения ФХГ являются реальная возможность и экономическая целесообразность перевода полезного ископаемого под воздействием тех или иных рабочих агентов в подвижное состояние. Не менее важно обеспечить возможность подачи рабочих агентов к поверхности взаимодействия и отвод полезного ископаемого через скважины на поверхность.
Источник
