Як прибуток визначає, що ми видобуваємо, і чому це важливо

Гірська справа – це не просто рити яму. Це процес вилучення корисних копалин із Землі, включаючи моря. Але ось у чому проблема. Мінерал – це неорганічна речовина з певною хімічною формулою та характерними фізичними властивостями. Вугілля є винятком: це органічна речовина, яку часто включають до цієї групи. Потім є руда. Руда – це рудний мінерал або сукупність таких мінералів і порожньої породи (гірської породи, яка не має економічної цінності), які можна видобувати з прибутком.

Мінеральне родовище позначає природне накопичення корисного мінералу. Рудне родовище означає мінеральне родовище достатніх масштабів та концентрації, щоб його можна було освоювати. Бачите різницю? Все зводиться до грошей.

Чому цінники визначають геологічну реальність

Оцінюючи мінеральних родовищ вкрай важливо враховувати прибутковість. Загальна кількість мінералу в цьому родовищі називається мінеральною запасною базою. Тільки та кількість, яку можна видобути з прибутком, називається рудними запасами. У міру зростання ціни продажу мінералу або зниження витрат на видобуток частка мінеральної запасної бази, що класифікується як руда, збільшується.

Очевидно, вірно та зворотне. Шахта може припинити виробництво, бо мінерал вичерпано. Або тому, що ціни впали або витрати зросли настільки, що раніше було рудою, тепер лише мінерал. Це визначення, що змінюється. Земля не змінюється. Змінюються цифри.

Глибоке коріння видобутку

Археологічні знахідки свідчать, що гірнича справа велася в доісторичні часи. Першим мінералом, що використовується, був кремінь. Його раковистий злам дозволяв розколювати його на гострі уламки. Корисні як скребки, ножі та наконечники стріл. У неолітичний період (приблизно 8000–2000 рр. до зв. е.) мови у Франції та Великобританії у м’яких крейдяних відкладеннях було вирито шахти глибиною до 100 метрів (330 футів). Їм потрібні були крем’яні гальки. Червона охра та мідний мінерал малахіт служили пігментами.

Найстаріша відома у світі підземна шахта була викопана понад 40 000 років тому. Вона розташована на гребені Бомву в горах Нгвенья, Свазіленд. Там видобували охру для похоронних церемоній та розфарбовування тіла. Золото було одним із перших використовуваних металів. Його видобували з русел річок, що складаються з піску та гравію, де воно зустрічалося у вигляді чистого металу завдяки хімічній стабільності. Мідь, хімічно менш стабільна, зустрічається у самородному вигляді і, ймовірно, була другим відкритим металом. Срібло також знаходили у чистому вигляді. У свій час воно цінувалося вище золота.

Стародавня плавка та монументальний камінь

Історики кажуть, що єгиптяни добували мідь на Синайському півострові ще 3000 р. до зв. е. Деякі зразки бронзи (сплаву міді з оловом) датуються приблизно 3700 до н. е. Залізо датується приблизно 2800 до н. е. Єгипетські записи про виплавку залізняку датуються 1300 до н. е. Свинець, знайдений у стародавніх руїнах Трої, вироблявся вже 2500 р. до зв. е.

Однією з ранніх свідчень будівництва з каменю, видобутого в кар’єрах, було будівництво (2600 р. е.) великих пірамід у Єгипті. Піраміда Хеопса, найбільша, має 236 метрів (775 футів) з боків основи. Вона містить приблизно 2,3 мільйона блоків двох типів вапняку та червоного граніту. Вважається, що вапняк був здобутий у кар’єрі протилежному березі Нілу. Блоки вагою до 15 000 кг (33 000 фунтів) транспортувалися великі відстані. Піднімалися на місце. Вони демонструють точне різання, яке призвело до створення щільно підігнаної кладки.

Від підпалювання породи до пневматичної енергії

Однією з найповніших ранніх праць за методами гірничої справи в Європі є робота німецького вченого Георгія Агріколи «De re metallica» (1556). Він описує докладні методи проходження шахт та тунелів. М’яку руду і породу ретельно видобували киркою. Твердіша руда вимагала кирки і молота, клинів або нагріву.

Підпалювання породи полягало в тому, щоб скласти купу колод біля передньої поверхні породи і спалити їх. Тепло послаблювало чи розколювало породу через теплове розширення. При необхідності використовувалися примітивні системи вентиляції та відкачування води. Підйом по шахтах і похилим виробленням здійснювався за допомогою воріт. Транспортування проводилося у «вагонетках» та тачках. У тунелях застосовувалися системи кріплення, що деревить.

Великий прогрес у гірській справі було досягнуто, коли секрет чорного пороху потрапив на Захід. Ймовірно, з Китаю наприкінці Середньовіччя. У середині XIX століття як вибухова речовина його замінив динаміт. З 1956 року широко використовуються як нітроаміачні вибухові речовини, так і шлам-вибухові речовини (суміші води, палива та окислювачів). Сталевий бур з клиноподібним наконечником та молоток вперше використовувалися для буріння свердловин для встановлення вибухівки. Досвід показав, що правильне розташування свердловин та порядок вибуху важливі для досягнення максимальної руйнації породи у шахтах.

Винахід механічних бурів, що працюють на стислому повітрі (пневматичних молотів), значно збільшило можливості видобутку твердих порід. Це знизило витрати та час на виїмку у кілька разів. Повідомляється, що англієць Річард Тревітік винайшов ротаційний паровий бур у 1813 році. Механічні поршневі бури, що використовують прикріплені до бурильних штанг долота і рухаються вгору і вниз, як поршень у циліндрі, з’явилися в 1843 році. У Німеччині в 1853 був винайдений бур, що нагадує сучасні пневмобури. Поршневі бури були витіснені відбійними молотками, що працюють на стислому повітрі. Їхня продуктивність покращилася завдяки кращому дизайну та доступності якісної сталі.

Розвиток буріння супроводжувалося поліпшеннями методів навантаження. Від ручного навантаження лопатами до різних типів механічних навантажувачів. Транспортування також еволюціонувало від перенесення людьми та тваринами. До рудничних вагонів, тягачами яких служили електричні локомотиви та конвеєри. А потім до великогабаритних автомобілів на гумових шинах. Аналогічні розробки відбулися у відкритому видобутку. Різко збільшивши обсяг виробництва та знизивши вартість металевих та неметалічних продуктів. Великі екскаватори з ковшовими колесами, що використовуються у відкритому видобутку вугілля, використовуються і в інших типах кар’єрів.

Як шахтарі вирішили проблему з водою та освітленням

Вода раніше була головним ворогом шахтарів. Вона затоплювала шахти, псувала обладнання та робила глибокий видобуток практично неможливим. Потім у XVIII столітті Джеймс Уатт представив парову машину. Раптово парові насоси змогли відкачувати воду із глибоких шахт. Проблема не зникла, але стала керованою.

Висвітлення йшло схожим шляхом. Ранні шахтарі покладалися на свічки чи олійні лампи, що спалюють китовий жир, кам’яновугільну нафту чи гас. Світло було тьмяним. Це було небезпечно. До 1890-х років стало яскравіше, але й вибухонебезпечніше. Ацетиленовий газ, що отримується при капанні води на карбід кальцію, горів у металевому відбивачі. Полум’я запалювалося кременем. Світла вистачало для роботи, але горючий газ у шахті? Це прямий шлях до катастрофи.

Справжній перелом настав у 1930-х роках з появою акумуляторних шахтарських ламп. Жодного відкритого полум’я. Жодних балонів з ацетиленом. Просто світло. З того часу інженери вдосконалювали термін служби батарей, вагу та інтенсивність світла. Наразі шахтарі можуть чітко бачити, не несучи на голові потенційний вибух.

Легко романтизувати гірську справу. Згадайте одинокого золотошукача з киркою. Цей образ мертвий. Сучасний видобуток – це машини, що забезпечують грубу силу, і навчені фахівці, які відповідають за стратегію. Ми витягаємо золото з глибини 4000 метрів. Це понад 13 000 футів. Відкриті кар’єри копають на глибину понад 700 метрів. Масштаб промисловий, а чи не ремісничий.

Як знаходити мінерали за допомогою сучасних методів розвідки

Пошук родовища з корисними копалинами називається розвідкою. Коли ви знаходите потенційне місце, яке називається перспективною ділянкою, ви проводите його вивчення. Вам потрібно знати розмір, форму, орієнтацію та якість мінералів. Вам потрібно знати, де є цінні руди щодо поверхні.

Традиційні розвідники оминали землю пішки. Вони вивчали оголення, ґрунт та опади. Пряме спостереження, як і раніше, працює. Але сучасні розвідники використовують інструменти звуження радіусу пошуку. Вони шукають аномалії. Аномалія – ​​це різниця між тим, що ви бачите, і тим, що ви очікуєте побачити.

Аерофотознімання та супутникові знімки допомагають швидко сканувати великі території. Зміни в геологічній структурі, типі гірських порід, ґрунті чи рослинності можуть вказувати на мінералізацію нижче. Геофізична розвідка проникає глибше. Вона використовує гравіметричні, магнітні, електричні, сейсмічні та радіометричні методи. Ці інструменти вимірюють властивості гірських порід, такі як щільність, магнітна сприйнятливість, електропровідність та радіоактивний розпад.

Геохімічна розвідка шукає хімічні підказки. Вчені збирають зразки ґрунту, озерних опадів, води, льодовикових відкладів, гірських порід, рослинності, тканин тварин, мікроорганізмів, газів та повітря. Вони тестують їх на наявність мікроелементів. Незвичайні концентрації вказують на родовище.

Методи розвідки: траншеї, штольні та відбір кернів

Після виявлення перспективних ділянок розпочинається польова розвідка. Метод залежить від типу та глибини родовища. Якщо родовище виходить поверхню, неглибокі траншеї викопуються бульдозерами чи екскаваторами. Траншейні роботи дають точні дані про приповерхневі шари та великі обсяги зразків. Але вони обмежені глибиною, яку може працювати устаткування.

Іноді прокладаються спеціальні штольні. Це дорого та повільно. Штольні переважно використовуються для створення майданчиків для буріння. Звідти можна вивчити об’єм породи, щоб побудувати тривимірну модель рудного тіла. Старі шахти та штольні також корисні. Вони забезпечують легкий доступ до відбору проб існуючих запасів чи вивчення продовжень.

Найбільш поширеним методом є буріння свердловин. Алмазний буровий інструмент вирізує вузький проріз у породі. Він витягує циліндричний керн із центру. Це відбір кернів. Свердловини можуть мати довжину в сотні чи тисячі метрів. Стандартний діаметр складає близько 50 мм.

Керни поміщаються в спеціальні ящики в тому порядку, в якому вони були вилучені. Геологи ведуть журнал кожного керна. Вони описують типи гірських порід, мінерали та структурні особливості, такі як тріщини, розломи та шари. Вони оцінюють міцність породи. Керн часто розпилюється вздовж. Одна половина вирушає до лабораторії визначення змісту корисних компонентів.

Окреслення рудного тіла за допомогою карт та моделей

Свердловини буряться за регулярною схемою. Їхнє місце розташування наноситься на планові карти. Для візуалізації родовища на глибині свердловини також наносяться вертикальні площини, звані розрізами. Геолог вивчає кожний розріз. Використовуючи дані з карт, журналів кернів та знання геологічних структур, він заповнює прогалини між свердловинами та площинами.

Цей спосіб створює модель рудного тіла. Він добре працює для родовищ середнього та малого розміру з чіткими межами між рудою та порожньою породою. Їх часто видобувають підземним способом. Але для великих родовищ, що видобуваються відкритим способом, цей підхід зустрічається рідше. Він значною мірою був замінений блоковими моделями. Вони докладно описані в розділі видобутку відкритим способом.

Мета – не просто знайти породу. Це зрозуміти її структуру, якість та обсяг, перш ніж зрушить перша лопата.

Галузь перейшла від припущень до точності. Аномалії більше не просто візуальні курйози. Це точки даних. А точки даних ухвалюють рішення на мільярди доларів.

Картування рудного тіла

Родовища корисних копалин не розташовані випадковим чином. Вони мають певну форму. Більшість з них мають таблитчатую форму, немов клин, затиснутий між паралельними шарами гірських порід, подібно до скибочки хліба в буханці. Для орієнтування у таких структурах гірники спираються на два виміри. Дип показує кут нахилу щодо горизонту. Азимут простягання вказує напрямок за компасом.

Також потрібно знати, що знаходиться над родовищем, а що під ним. Порода, що залягає над родовищем, називається стелею (hanging wall). Матеріал, що знаходиться під ним, – підлогою (footwall). Прості терміни. Критично важливі для безпеки.

Зміст корисного компонента не є статичним

Не вся руда однакова. Концентрація цінного мінералу називається вмістом корисного компонента (grade). Це значення може сильно коливатися не більше одного родовища.

Ось сувора правда. Саме собою наявність мінералу значить, що його вигідно добувати. Існує відсікання за змістом (mine cutoff grade). Нижче цього порога видобуток матеріалу призводить до збитків. Як тільки породу витягли з-під землі, виникає ще одна перешкода. Відсікання з переробки (mill cutoff grade). Це точка, нижче за яку переробка породи більше не приносить прибутку.

Потім є беззбитковий зміст (break-even grade). Це точка перелому. Витрати дорівнюють виручці. Все, що вище, – руда. Все, що нижче, — пуста порода.

То як визначити, які запаси є економічно доцільними? Потрібно дивитись на цифри. Витрати видобуток сильно варіюються. Вони залежать від системи розробки, техніки та терміну служби копальні. Це складний розрахунок.

Розглянемо відкриті гірничі роботи. Вони починаються із поверхні. Дешево. Просто. Але в міру поглиблення змінюються фізичні умови. Зрештою, може знадобитися перехід на підземний видобуток. Вартість за тонну різко зростає. Щоб виправдати цей стрибок, підземна руда повинна мати вищий вміст корисного компонента. Якщо цього немає, руду залишають у надрах.

Відкриті гірничі роботи домінують

Понад дві третини світового річного виробництва корисних копалин посідає відкриті гірські роботи. Це є основний метод.

Існує три основні типи:
– Відкрита розробка (кар’єри)
– Відвали (strip mining)
– Каменоломні

Вони різняться формою, техніці і з того що витягується з надр.

Відкрита технологія створює величезну вироблення. Іноді вона зрізує вершину пагорба. Відвали – це інша справа. Вони лінійні. Драглайн чи гігантський екскаватор знімає довгі вузькі смуги землі. Ви викопуєте корисну копалину, переходите до наступної смуги і скидаєте відходи з нової смуги в яму, яку щойно зробили. Це для тонких, плоских вугільних родовищ. Тому часто виділяють в окрему категорію.

Каменоломні поділяються на два напрямки. Одне – для декоративного каменю. Певні кольори, розміри, форми. Дорога робота. Інше – для піску, гравію та щебеню. Використовується для доріг, бетону, цементу. Техніки тут дзеркально відбивають відкриту розробку. Тому ми зосередимося на декоративному боці. На преміальному сегменті.

Геометрія кар’єру

Відкриті гірничі роботи будуються шарами, званими “банками”.

Яка їхня товщина? Зазвичай 12-15 метрів. Приблизно 40-50 футів. Залежить від породи та обладнання. Гірники працюють на кількох банках одночасно. Вони переміщаються ними з допомогою пандусів. Ці пандуси широкі. 20–40 метрів завширшки. Ви опускаєте пандус вниз, щоб розпочати новий рівень. Вирізаєте глибоко, потім розширюєте. Так формується нове дно кар’єру.

Стінки мають велике значення.

Кут нахилу визначається міцністю породи. Стабільність не підлягає обговоренню. Особливо в міру поглиблення кар’єру.

Ось у чомусь напруженість. Збільшення кута нахилу лише на кілька градусів може заощадити мільйони доларів на розкривних роботах. Це може збільшити вилучення руди. Але це також провокує обвалення. Зриви укосів можуть залучати мільйони тонн матеріалу. Це ризик. Рудники проводять постійні програми із забезпечення стійкості. Вони аналізують структурні дані, рівень ґрунтових вод та схеми вибухових робіт. Один великий кар’єр може використовувати п’ять або більше різних кутів нахилу укосів.

У міру заглиблення ви видаляєте більше порожньої породи. Зрештою, математика ламається. Вартість вилучення оголеної руди перевищує її вартість. Видобуток зупиняється.

Цей баланс називається коефіцієнтом розтину. Порожня порода, поділена на видобуту руду. Беззбитковий коефіцієнт розкриву залежить від вартості руди та витрат. Коли ви досягаєте, робота завершена.

Як розрахувати запаси руди для відкритих гірничих робіт

Оцінка запасів – це більше, ніж просто припущення. Починається з буріння пошукових свердловин. Нанесіть на карту їх розташування. Побудуйте через них вертикальні розрізи. Ви отримаєте вертикальний розмір рудного тіла. Виходячи з цього визначається розташування уступів.

Але видобуток ведеться горизонтальними пластами. Тому запаси підраховують також за горизонтальними розрізами. Кожен зріз відповідає висоті виступу. Ці зрізи розбиті на блоки по координатних лініях. Довжина і ширина блоку? Зазвичай це в один-три рази перевищує висоту виступу.

Визначити вміст корисного компонента для кожного окремого блоку. Складіть їх разом. Ви отримаєте блочну модель. Він повинен бути більшим за реальні запаси руди. чому Бо щоб їх викрити, треба копати кар’єр.

Тепер додайте в рівняння гроші. Витрати різні. Очікувані доходи відрізняються. Має значення вміст корисного компонента. Розташування має значення. Це створює економічну блокову модель. Деякі блоки потрапляють у кар’єр. Інші залишаються зовні. Як ви вирішуєте, які з них добувати?

Метод плаваючого конуса є стандартним. Спочатку уявіть його у двох вимірах. Щоб видалити блок руди, ви повинні видалити все, що знаходиться над ним. Намалюйте перевернутий трикутник. Сторони відповідають куту укосу. Основа знаходиться на поверхні. Вершина торкається рудного блоку. У трьох вимірах? Це конус.

Порівняйте вартість руди вгорі з вартістю видалення всього конуса. Позитивний чистий капітал? отримати це Виконайте цю перевірку для кожного блоку в моделі. Результатом буде остаточний контур ями.

Буровибухові роботи на відкритих шахтах

Великі шахти щодня переміщують майже мільйон тонн матеріалу. А як же маленькі? Кілька тисяч. Процес зводиться до чотирьох етапів: буріння, підривання, завантаження, транспортування.

На великих шахтах використовуються роторні бурові установки. Свердловини мають діаметр від 150 до 450 мм. Свердлильний інструмент має три шарошки з зубцями зі сталі або карбіду вольфраму. Він обертається під великим навантаженням. Руйнує породу шляхом стиснення та зсуву. Повітряні компресори продувають буровий шлам через центр бурильної колони.

У невеликих кар’єрах застосовують пневматичні або гідравлічні ударні машини. Вони встановлюються на вантажівки або гусеничні платформи. Свердловини бувають меншого розміру, від 75 до 120 мм.

Важливе значення має схема розташування колодязів. Вам потрібен певний ступінь дроблення для подальшого завантаження та дроблення. Схема визначається двома термінами: заряд і крок. Шихта – найкоротша відстань від колодязя до передньої поверхні уступу. Крок – це відстань між колодязями. Заряд зазвичай має діаметр отвору від 25 до 35. Крок зазвичай дорівнює заряду.

Більшість вибухових речовин – це ААВ (аміачна селітра з мазутом). Суспензія аміачної селітри змішана з мазутом. Викачували з баків. Одна свердловина діаметром 400 мм і глибиною 7,5 метрів може генерувати близько одного мільярда кінських сил. Це багато енергії. Мета – корисне дроблення. Не просто шум. Бластери підривають свердловини в контрольованій послідовності, щоб контролювати силу вибуху.

Навантаження та транспортування важких матеріалів

Мета вибуху проста. Знищити скелю. Перемістіть його на купу. Зробіть завантаження легким.

Електричні або дизель-електричні екскаватори виконують підйом великих кар’єрах. Також використовуються гідравлічні екскаватори. Розмір визначається обсягом ковша чи відра. Звичайні місткості варіюються від 15 до 50 кубічних метрів. Одне захоплення може підняти від 30 до 100 тонн.

Вантажівки мають відповідати екскаватору. Емпіричне правило? Заповнювати вантажівку за чотири-шість рухів екскаватора. Екскаватор із ковшем об’ємом 15 кубічних метрів поєднується з вантажівкою вантажопідйомністю 120–180 тонн. Найбільші вантажівки перевозять понад 350 тонн. Їхні двигуни розвивають потужність понад 3500 кінських сил. Діаметр шин перевищує 3 метри.

Фронтальні навантажувачі також відіграють роль. Їхня висока мобільність допомагає.

Транспортування руди з глибоких кар’єрів

Кар’єри стають глибшими. Найглибші перевищують 800 метрів. Транспортування вантажівками на таку висоту коштує дорого. З’являються альтернативи.

Стрічкові конвеєри поширені. Але вони вимагають подрібнення у кар’єрі. Руда прямого виходу має бути подрібнена перед транспортуванням. Круті кути – проблема. Більшість стрічок витримують максимум 18 градусів. Транспортування безпосередньо вгору стінами кар’єру? Інженери досі розробляють технології для цього.

Що відбувається після того, як руда вивезена з-під землі

Вантажівка їде. Бурові відвали відправляються на звалище. Цінна сировина – руда – надходить на переробний завод. Іноді, якщо якість є достатньо високою для прямого відвантаження, етап переробки повністю пропускається. Але це рідкість. Найчастіше підприємства сортують субрудні породи на окремі купи. Їх можуть вивезти згодом. Або обробити хімікатами прямо на звалищі. Це називається лужним вилуговуванням. Цей метод витягує метали без необхідності переміщати породу на збагачувальну фабрику.

Чому ми видобуваємо камінь, що не містить металів

З граніту хмарочоси не будують. Зазвичай. Але він нам потрібний. Він гарно виглядає. Він довговічний. Його легко чистити. Граніт, вапняк, піщаник, мармур, сланець, гнейс, серпентиніт. Це головні породи. Якщо камінь використовується для несучих конструкцій, стін, підлог або просто як декор, це будівельний камінь. Якщо його ріжуть на блоки певних розмірів для будівництва або пам’ятників, він стає кам’яним блоком.

Хороший кам’яний блок має бути однорідним. Один колір. Одна текстури. Без тріщин. Він має піддаватися поліруванню. Він має витримувати дощ. Цей розділ не про видобування землі. Він про різання каменю.

Як формується кар’єр

Кар’єри не завжди є ями в землі. Іноді це схили пагорбів. Перший етап – очищення. Дерева прибирають. Підлісок прибирають. Потім знімають верхній шар ґрунту. Його складають у штабелі для подальшого рекультивування. Просто викинути його не можна.

Камінь видобувають терасами. Зрізами. Зазвичай завтовшки від 4,5 до 6 метрів. Але природа не дотримується правил. Якщо є природний шов, кар’єр слідує йому.

Блоки, які виймають, є величезними. Іноді їх називають лофами. Шість метрів заввишки. Шість метрів завглибшки. До 18 метрів завдовжки. Це 1200–2000 тонн. Таку масу не переміщують вилковим навантажувачем. Зазвичай цю роботу виконували стаціонарні крани. Радіус дії крана визначав форму кар’єру. Наразі їх витісняють мобільні фронтальні навантажувачі. Вони піднімають блоки вагою 30 тонн. Планування змінюється, оскільки змінюється техніка.

Відходи тут – головний ворог. Лише 15–20% видобутого каменю є придатними для використання. Решта – щебінь. Планування місця для відвалів відходів – важлива частина роботи.

Як різати камінь, не ламаючи його

Як відокремити блок від гори?

Багато років “канатна пилка” була королем. Це сталевий трос, спіральний, завтовшки близько 6 мм. Він несе суспензію води та абразиву – піску, оксиду алюмінію, карбіду кремнію. Трос не ріже камінь. Абразив ріже. Трос лише доставляє його.

Трос зношується. Проріз стає вже. Якщо трос порветься, ви застрягнете. Починати наново – жах. Тому трос має бути досить довгим, щоб завершити роботу. У граніті використовують близько 27 метрів троса на кожен квадратний метр різу. Один різ розміром 6×9 метрів потребує 1450 метрів. Вся установка може використовуватись від 3 до 5 кілометрів троса. Приводиться у дію електричними чи дизельними двигунами. Вирушає шківами. Один трос може робити кілька різів, якщо правильно налаштувати кут шківів.

Перевага? Гладкий різ. Без ушкодження навколишньої породи. Менше роботи пізніше. Але це повільно. І це замінюється.

Спалювання та буріння крізь камінь

Для твердих порід, таких як граніт працює тепло. Струйні пальники використовують мазут і кисень чи повітря. Вони горять, як мініатюрний ракетний двигун. Висока температура. Висока швидкість. Вони прорізають канал завширшки 75-150 мм і завглибшки до 6 метрів. Ручні чи автоматизовані. Вони пропікають шлях крізь камінь.

Або можна бурити. Пневматичні чи гідравлічні ударні бури роблять довгі паралельні отвори. Лінійне буріння використовує близько розташовані пілотні отвори. Потім велике долото розширює середину. У м’якішій породі просто вибивають перемичку між отворами.

Вибір способу залежить від породи. Твердий граніт можна вирізати вогнем. М’який камінь бурить. Ціль завжди одна. Вийняти блок. Чи не зламати його. Чи не розгубити.

Розколювання каменю без вибуху

Вибухівка – не єдиний спосіб зруйнувати камінь. Іноді потрібний чистий розкол, а не кратер.

Якщо просвердлити отвори з відривом 125–250 мм друг від друга, можна розколоти камінь з-поміж них. Тут важлива точність. Один із методів використовує спеціальну вибухівку. Вона не викидає камінь назовні. Вона тисне на стінки отвори високонапірним газом. Тиск наростає. Потім тріск. Уздовж лінії залпу утворюється тріщина. Контрольований хаос.

Робітники старої школи використовують клини та розпірки. Це – механічний метод. Жорстокий. Ефективний.

Розпірки складаються з двох напівкруглих сталевих пластин. Їх забивають у кожен отвір вздовж сторони блоку. Потім між кожною парою пластин вставляють клин. По клину б’ють кувалдою. Сила передається на розпірки. Камінь не хоче рухатись. Тиску нікуди подітися, окрім як крізь камінь. З’являється лінія розколу.

Цей прийом дозволяє відокремити нижню частину блоку. Він також розрізає великі шматки більш дрібні. Для останнього кроку потрібні лише неглибокі отвори. Глибиною за кілька сантиметрів. Невеликий діаметр.

Існують інші прийоми. Спеціальні цементні розчини, що розширюються при затвердінні. Гідравлічний тиск. Усі вони роблять одне й те саме: тиснуть, доки камінь не піддасться.

Переваги алмазної канатної пили

Нові технології тихіше. Чистіший. Точніше.

Зустрічайте алмазну канатну пилку. Вона виглядає як товстий трос. В основі – 6-мм сталевий дріт. Обмотана бусинами, просоченими алмазами. Між намистинами знаходяться пластикові проставки. Ці проставки є важливими. Вони не дають каменю перетирати сталевий трос у пилюку. Вони тримають алмази на місці.

Воду можна назвати основним робочим інструментом. Чиста вода промиває різ. Вона охолоджує канат. Вона запобігає перегріву та затупленню алмазів.

Для початку різу потрібні два бурові отвори. Одне свердлиться вертикально із верхнього кута. Інше – горизонтально з нижньої частини. Вони перетинаються. Через них простягають канат. Привідний механізм тягне його. Напруга – ключовий фактор.

Різ вузенький. Дуже вузький. Це означає менше відходів. Менше каменю перетворюється на пил. Камінь не тріскається та не утворює тріщин від вібрації. Як тільки канат утворює петлю і починає рухатись, оператору навіть не потрібно стояти поряд. Він просто працює.

Бензопили для каменю

Так, бензопили можуть різати камінь. Чи не дерево. Камінь.

Це не інструменти для дачної ділянки. Вони потужні. Виглядають як лісопили, але оснащені ріжучими елементами з напайками з вольфраму карбіду або алмазів. Вони працюють із м’якими породами. Мармур. Вапняк. Травертін. Шаруваті породи, такі як сланець. Деякі пісковики.

Ланцюг складається зі знімних ланок. Вони тримають ріжучі елементи. Ланцюг рухається по напрямному каналу. Стінки та дно цього каналу замінюються. Вони зношуються. Ви їх міняєте. Машина рухається сама. Механізм із шестернею та рейкою рухає її по модульних рейках.

Це важка техніка. Вона галаслива. Але вона працює із матеріалами, які зіпсують стандартний диск.

Канали водяним струменем

Якщо потрібна тиша, використовуйте воду.

Високонапірні водяні струмені вирізають канали в камені. Чиста вода може впоратися із цим. Або вода, змішана з абразивною речовиною. Вода вистрілює через крихітне сопло. Швидкість екстремальна.

Вона створює нові тріщини. Вона проникає у існуючі. Тонкі шари каменю зрізаються. Шар за шаром.

Результат? Вузькі прямі канали. Майже немає галасу. Немає пошкоджень поверхні навколишньої стіни. Це щадний метод, незважаючи на силу дії.

Підземний видобуток

Чому глибокий видобуток обходиться дорожче за тонну

Відкритий видобуток упирається у межу. Чи не фізичний, а математичний. Коли руда залягає глибоко під землею, об’єм порожньої породи, яку необхідно вивезти, щоб дістатися її, стає занадто великим. Доводиться переходити підземні методи. Це дорого. Кожна тонна, видобута підземним способом, коштує дорожче, ніж аналогічна тонна при відкритій видобутку. Чому? Обладнання менше. Геологічні умови та геометрія рудного тіла обмежують габарити машин. Доступ утруднений. Продуктивність падає. Вихід продукції на одного робітника за зміну може бути в п’ять-п’ятдесят разів нижче порівняно з кар’єрами.

Тут є компроміс. Підземні шахтарі видобувають лише руду. У відкритих кар’єрах на кожну тонну цінної породи припадає тонна порожньої породи. Ця селективність має цінність.

Вибір правильного методу підземного видобутку

Як тільки ви ухвалюєте рішення про перехід на підземний видобуток, метод залежить від властивостей гірської породи. Має значення розмір. Має значення форма. Має значення орієнтація. Має значення зміст корисного компонента. Якщо руда є висококонцентрованою або має високу вартість, ви можете дозволити собі дорогі методи. Вам потрібно розділяти руду та порожню породу. Високоселективний видобуток вирішує це завдання. Але якщо ви можете відсортувати їх пізніше можливо за допомогою магнітів для магнетиту, ви можете використовувати масовий видобуток. Вона дешевша. Менш селективна. Швидше.

Кут падіння рудного тіла змінює все. Кут падіння більше 50 градусів дозволяє використовувати силу важкості. Руда падає вниз. Легко. Кут падіння менше 25 градусів потребує використання колісної техніки для перевезення руди. Проміжні кути складні. Для них потрібні спеціальні конструкції.

Виробки, які ви створюєте, називають камерами або штреками. Видобуток відбувається у два етапи. Перший – підготовчі роботи. Ви підготовляєте блоки руди. Це дорого. Другий етап – видобуток. Ви добуєте руду. Це дешевше. Ви прагнете максимізувати обсяги видобутку на кожну одиницю підготовчих робіт. Для крутопадаючих рудних тіл рівні видобутку розташовують великій відстані друг від друга. Великі виробки дозволяють використовувати велике обладнання. Менше машин. Менше за роботу.

Міцність гірської породи обмежує розміри виробок. Гірська порода міцніша за дорожній бетон. Але вона має недоліки. Тріщини. Розломи. Якщо ці дефекти розташовані близько один до одного або заповнені зруйнованим матеріалом, необхідно підтримувати малі розміри виробок.

Глибина створює тиск. У міру поглиблення вага вищої породи збільшується. Бічний тиск також зростає. Воно може становити одну третину від вертикального тиску або бути втричі вищим. У найглибших шахтах, на глибині понад 4 кілометри, тиск інтенсивний. Порода вибухає. Це називається гірськими ударами. Вони зупиняють видобуток. Інженерія гірничої справи займається цим питанням. Вона вивчає, як масив гірської породи взаємодіє з гірничими виробками.

Створення інфраструктури шахти

Без підготовчих робіт видобуток неможливий. Капітальні вкладення йдуть першими. У відкритих кар’єрах будують дороги та знімають порожню породу. Підземні шахти складніші.

Вертикальний доступ і шахтні стволи

Головний вхід – це шахтний ствол. Вертикальна свердловина пробурена з поверхні. Вона опускається нижче за найглибший запланований рівень видобутку. Горизонтальні штольні відходять від ствола на регулярних інтервалах. Вони називаються обріями. Ліфти, або клетії, опускають робітників та машини вниз. Руда піднімається нагору в скіпах. Спеціальні транспортні засоби.

Стовбури мають відділення. Вони проходять лінії стиснутого повітря. Електричні кабелі. Водопровідні труби. Вони також забезпечують вентиляцію шахти. Свіже повітря надходить через один ствол. Відпрацьоване повітря виходить через інше. Або навпаки.

Рампи пропонують інший спосіб спуску. Тунелі пробиті вниз з поверхні. Внутрішні рампи поєднують горизонти. У горах можна пробивати горизонтальні тунелі з боків. Це штольні. Поширені у видобутку металів.

Чому гравітація бере на себе основне навантаження при транспортуванні руди

Видобута руда не просто лежить на місці. Її скидають у рудоспускні шахти — вертикальні або близькі до вертикальних виробки, що дозволяють гравітації зробити всю роботу. Гірська порода падає прямо вниз на нижній рівень шахти. Звідти вона дробиться, завантажується в бункери і вміщується в скіпи. Ці скіпи піднімаються до наземної рудоспускної вежі, скидають вантаж і опускаються назад. І так по колу.

Деякі шахти натомість використовують конвеєрні стрічки або вантажівки. Відходи гірської породи? Часто залишають під землею, щоби заощадити місце. Коли їх все ж таки потрібно перемістити, використовуються аналогічні вертикальні вироблення.

Механіка створення підйомних та спускових стволів

Створення цих вертикальних зв’язків це не просто копка вгору. Цей процес називається підйомом (raising). Працівники починають знизу та просуваються вгору. Машини для буріння підйомних стволів свердлять отвори шириною від 2 до 5 метрів, протяжністю сотні метрів. Ці виробки є декільком цілям: рудоспускні шахти, жолоби для відходів або вентиляційні шахти.

Спуск вниз із верхнього рівня? Це вінз (winze). Подайте його як внутрішній стовбур.

Горизонтальні виробки: горизонтальний каркас

Усі горизонтальні тунелі – це горизонтальні виробки (drifts). Просто та зрозуміло. Їх розмір та форма залежать від завдання. Транспортування? Вентиляція? Розвідка? Кожна потрібна своя конфігурація.

• Вироблення по підошві рудного тіла : проходить паралельно рудному тілу, розташовуючись у породі під ним.
• Перпендикулярне вироблення : пробивається від підошви через рудне тіло.
• Рампа : похилий виробіток, що все ще класифікується під цим загальним терміном.

Як продовжувати горизонтальне вироблення, коло за колом

Будівництво горизонтального вироблення – це цикл із п’яти кроків. Ви повторюєте його для кожного “кола” породи, який хочете видалити.

1. Буріння
2. Підривання
3. Завантаження та транспортування
4. Очищення від навислих шматків
5. Зміцнення

Методи буріння змінюються. Тип породи, розмір виробітку та рівень механізації визначають підхід. Більшість шахт покладаються на дизельні кар’єрні машини на пневмошинах, що несуть кілька бурів. Це “бурові каретки”. Самі бури працюють на стиснутому повітрі чи гідравлічній рідині.

Ударне буріння це жорсткий процес. Поршень б’є туди-сюди. На робочому ході він ударяє по сталевій штанзі. Спеціальний різець або долото, прикріплений до передньої частини, вдавлюється в породу. Поршень відходить, долото обертається і цикл повторюється. Висока енергія, висока частота – від 2000 до 3000 ударів за хвилину. Тверда порода не має шансів.

Мистецтво вибухової схеми

Обличчя забою буріє паралельними свердловинами. Діаметри варіюються від 38 до 64 мм. Але ось у чому хитрість: одна або кілька більших свердловин залишаються незарядженими. Вони є вільною поверхнею. Вони дають породі куди руйнуватися всередину. Простір для розширення.

Від динаміту до амонітів

Вибухові речовини поміщаються у ці свердловини. Палички, патрони або суспензія, що закачується. Хімічна реакція створює величезний тиск газу. Цей тиск створює нові тріщини та розширює існуючі. Порода руйнується. Вона рухається.

Динаміт колись був стандартом. Але не більше. Зараз домінує амоніт (ANFO). Це суміш нітрату амонію та топкового масла. Окремо ні те, ні інше не є вибуховим. Змішайте їх – 94,5% нітрату амонію, 5,5% топкового масла – і підпаліть. Реакція буде жорстокою. Ефективний. Дешевий.

Синхронізація вибуху та переміщення породи

Наслідки вибуху – це хаос. Ви отримуєте вуглекислий газ, водяну пару та азот. Це є стандартні компоненти повітря. Але якщо порушити співвідношення палива та повітря, вийде отрута. Надлишок палива призводить до утворення чадного газу. Недолік палива – до утворення оксидів азоту. Обидва гази смертельні. Саме тому вентиляційні системи відкачують ці гази. Вибухові роботи зазвичай проводять між змінами або після того, як останній шахтар вийде на поверхню. Порожні шахти – безпечні шахти.

Порядок має значення. Не можна одночасно підпалювати усі заряди. Починають із порожнього простору, так званої «вільної поверхні». Потім рух йде назовні. Це створює місце, куди може переміститися зруйнована порода. Це хореографія руйнування. Час вирішує все.

У старих електричних системах у капсулі-детонаторі використовувався резистивний елемент. Струм нагріває його. Він спалахує головку запалу. Запал згоряє хімічну сполуку із заданою швидкістю. Ця затримка активує детонатор – зазвичай азид свинцю або ПЕТН. Детонатор вибухає підпалюючи основний заряд АНФО. Інтервал між затримками? Зазвичай 25 мілісекунд.

У нових капсулях використовується мікроелектроніка. Електричні затримки. Вони точніші. Менше розкид. Більше варіантів для тимчасових послідовностей. Точність коштує грошей, але вона заощаджує породу та час.

Після того, як порода зруйнована, її потрібно перемістити. Машини навантаження, транспортування та вивантаження (LHD – Load, Haul, Dump) – це робочі конячки галузі. Вони варіюються від крихітних машин, що піднімають менше тонни, до гігантів, що вивозять 25 тонн. У вузьких жилах можна зустріти навантажувачі з ковшем, що перекидається. Вони заганяють ківш у купу, піднімають його та повертають назад, щоб вивантажити вантаж. Часто вони приводять у дію стисненим повітрям.

Інші навантажувачі використовують збірні руки. Вони змітають уламки в живильник, а потім на конвеєрну стрічку у вантажівки. Деякі їх управляються дистанційно. У кабіні немає водія. Тільки людина, яка спостерігає за телевізором за милі від місця роботи.

Очищення та утримання склепіння

Перш ніж проводити наступний вибух, потрібно навести лад. Цей процес називається розчищенням (scaling). Нестабільна порода на стелі чи стінах – це смертельна пастка. У невеликих тунелях шахтарі використовують довгі сталеві або алюмінієві прути, щоб збивати її вручну. У великих механізованих шахтах машини з ударними молотками або кігтями для чищення виконують роботу з безпечної відстані.

Безпека – це не тільки видалення нестійких каменів. Це також запобігання падінню решти породи. В ідеалі порода має підтримувати себе сама. Ви свердлите отвори та вставляєте анкерні болти. Сталевий болт з анкерувальним пристроєм, що розширюється, вставляється в отвір. Ви його закручуєте. Анкер розширюється, притискаючись до стінки отвору. Лицьова пластина притискається до поверхні породи. Вона скріплює блоки разом.

Це створює арку. Самонесучу конструкцію всередині масиву породи. Якщо порода фрагментована, між болтами додається сталева сітка, схожа на сітку-рабиці. У деяких шахтах отвори заливається розчин з арматурою або сталевими тросами. Інші наносять на поверхні торкрет-бетон – бетон, що наноситься шарами. Це брудно, голосно та ефективно.

Підтримка руху та охолодження повітря

Вентиляція не підлягає обговоренню. Шахтарям треба дихати. Але річ не тільки в цьому. Дизельним двигунам потрібен кисень для спалювання палива. Вони також виробляють вихлопні гази, які потрібно розбавляти. Вибухові речовини створюють гази, які потрібно вивітрювати.

Вентилятори нагнітають свіже повітря усередину. Вони відкачують забруднене повітря назовні. У холодному кліматі повітря, що надходить, замерзає. Калорифер нагрівають його. У глибоких шахтах порода гаряча. Повітря повертається змученою спекою. Системи охолодження знижують його температуру. Це споживає величезну кількість енергії.

Високі витрати енергії стимулюють зміни. Шахти закривають ділянки, що не використовуються, щоб зменшити обсяг переміщуваного повітря. Вони переходять із дизельних машин на електричні. Електричне обладнання виділяє менше тепла та не виробляє вихлопних газів. Це полегшує вентиляційне завдання.

Чому це важливо? Тому що підземне середовище вороже. Повітря це життя. Порода – це небезпека. Технології заповнюють розрив між збереженням життя та виконанням роботи.

Розчищення — надзвичайно важливий крок для забезпечення безпеки робочого місця.

Це не просто процедура. Це ритуал. Ви підриваєте. Ви занурюєтеся. Ви розчищаєте. Ви зміцнюєте. Ви вентилюєте. Повторюйте. Цикл невблаганний.

Як підземні шахти забезпечують освітлення

Хороше освітлення – це не просто приємна опція. Це різниця між тим, щоб помітити небезпеку і тим, щоб до неї вступити.

У кожного шахтаря, який спускається у забій, на касці закріплений ліхтар. Батарея висить на поясі. У деяких старих чи невеликих підприємствах це єдине проміння — все, що є. Ви працюєте при світлі власного налобного ліхтаря. Однак у сучасних умовах важку роботу виконують важкі машини і важке освітлення. Ці комплекси оснащені потужними прожекторами, які заливають робоче місце світлом, відганяючи пітьму, щоб люди могли бачити, що вони роблять.

Потім є стаціонарна інфраструктура. Транспортні виробки, стволи, пункти скидання – все це оснащується постійними світильниками. Неможливо орієнтуватися у шахті у повній темряві.

Управління рівнем ґрунтових вод

Вода – це змінна, яку не можна ігнорувати.

Деякі шахти стикаються з незначною просочуванням. Вони переробляють воду, що використовується для буріння, підтримують її чистоту та повторно використовують. Просто. Інші шахти стикаються з повінню. Вода прямує з навколишніх порід, погрожуючи поглинути все підприємство цілком. У таких екстремальних випадках інженери будують спеціальні водонепроникні двері та посилені підземні камери. Вони призначені для утримання раптових масових приток води до того, як шахта затопиться.

Куди йде вода? Вона стікає або відкачується в центральне місце, яке називається сumpом. Звідти труби піднімають її стволом на поверхню. Поверх землі вода проходить очищення та належну утилізацію. Не можна просто зливати сиру шахтну воду до місцевого струмка.

Чому важливі пластові родовища

Більшість рудних родовищ, які ми сьогодні розробляємо, зародилися у воді. Дно стародавнього океану. Передісторична болотиста місцевість. Протягом мільйонів років тиск ущільнював ці опади. Вони могли трохи зміститись або деформуватися, але зберегли свій базовий горизонтальний шар.

Ця структура впливає на те, як ви копаєте.

Якщо пласт горизонтальний, у вас є два основні варіанти: відпрацювання довгими стінами або відпрацювання камерами і стовпами. Вибір залежить від кількох факторів. Наскільки товстий шар? Чи достатньо міцні породи над ним, щоб витримати навантаження? Чи можна дозволити поверхні осісти?

Це розрахунок ризику та вигоди.

Метод камер та стовпів

Цей метод відповідає своїй назві. Ви виймаєте руду із камер. Ви залишаєте стовпи невиробленого матеріалу.

Чому метод камерно-стовпової розробки є стандартом

Камерно-стовпова розробка – це не просто один з методів. Це стандартний варіант. Уявіть собі морозиво ванільне серед підземних способів видобутку. Ви прокладаєте паралельні тунелі, які називаються штреками. Потім ви з’єднуєте їх. Через регулярні інтервали. Якщо крок однаковий в обох напрямках, виходить сітка. Шахова дошка з вироблених камер та залишених стовпів.

Ці стовпи – не декорація. Вони тримають покрівлю. Без них шахта обрушиться. Проста фізика. У деяких випадках, коли видобуток сягає межі родовища, шахтарі повертаються та видобувають ці стовпи. Це ризиковано. Це означає контрольований обвал. Але це дозволяє витягти більше руди.

Як працює метод довгого вибою для м’яких мінералів

Видобуток методом довгого вибою відрізняється. Вона індустріальна. Механізована. Точна.

Рудне тіло розрізається прямокутні панелі. Два паралельні штреки проходять вздовж довгих сторін. Вони забезпечують вентиляцію та транспортування. Поперечний прохід з’єднує їх в кінці. Цей поперечний прохід – робоча конячка. Він називається вибоєм довгого вибою.

Ось у чому суть. Пересувні гідравлічні кріплення просуваються вперед. Вони створюють безпечний навіс. Під цією покрівлею різальна машина курсує туди-сюди. Вона зрізає мінерал. Броньований конвеєр відвозить навантаження. Кріпи просуваються вперед. Покрівля за ними обрушується. Навмисно. Це для м’яких порід. Трона. Сіль. Калій. Вугілля. Мінералізовані сланці. Речі, які машина справді може різати.

Тверді породи змінюють правила гри. Золоті жили у Південній Африці? Платина? Їх не можна просто зрізати. Їх бурять та підривають. Руда шкребеться до точки збору. Підтримка забезпечується гідравлічними стійками, дерев’яними підкладками або заповненням порожнечі породою та піском. Та сама схема. Різні інструменти.

Чому крутопадаючі родовища вимагають іншого підходу

Не всі жили лежать горизонтально. Багато вертикальні. Або майже вертикальні. Геологія складна. Відбуваються спотворення. Кути закладення варіюються. Різкі межі між рудою та порожньою породою роблять це керованим. Якщо кут падіння крутий – більше 55 градусів – і порода міцна, ви змінюєте тактику.

Метод шпурової виїмки для вертикальних рудних тіл

Тут входить у справу спосіб шпурової виїмки. Він призначений для товстих, крутопадаючих родовищ із регулярними кордонами.

Починайте знизу. Прокладіть штрек уздовж руди. Розширте його у жолоб. Наприкінці цього жолоба проведіть підйомний штрек до рівня вище. Підривайте цей підйомний штрек у вертикальний шпур. Він охоплює ширину рудного тіла.

З рівня буріння вище пробуріть довгі паралельні шпури. Близько 4-6 дюймів у діаметрі. Вибух починається зі шпуру. Шахтарі відступають униз по штреку. Вони підривають послідовні верстви. Відкривається велика камера.

Як вийняти руду із цього жолоба? Декілька технік. Грати. Конвеєри. Лопати. Метод залежить від планування. Мета залишається тією ж. Витягти руду. Залишити порожню породу. Не дайте покрівлі роздавити вас.

Варіанти розробки з відкатом за підрівнями та вертикальна відкатна розробка

Класична методика розробки за допомогою вибухових свердловин не єдиний спосіб видобутку. Геометрію можна коригувати залежно від властивостей гірничої маси. Візьмемо, наприклад, розробку з підрівнем. Замість однієї масивної вертикальної шпури буряться коротші вибухові свердловини з підрівнів, розташованих на менших вертикальних інтервалах. Це покроковий підйом: буріння ведеться зверху донизу окремими керованими ділянками.

Вертикальна відкатна технологія повністю змінює підхід. Вироблений простір не нагадує вертикальний «шматок торта». Воно має форму лотка. Подайте його як горизонтальну шпуру. Вибухівкою заряджається лише нижня частина свердловин. Вибух. Тонкий горизонтальний шар руди падає в лоток. Ви рухаєтеся вище. Заряджайте наступну коротку ділянку свердловини. Повторюєте. Ви продовжуєте підривати горизонтальні пласти, піднімаючись нагору, поки не досягнете покрівлі. Це методичний процес. Пласт за пластом.

Принцип дії розробки з обвалом у вузьких жилах

Потім йде розробка з обваленням (shrinkage stoping). Цей метод обирає свої умови. Він застосовується тільки до крутопадаючих, відносно вузьких рудних тіл. Межі також мають бути регулярними. Жодних нерівних, непередбачуваних країв.

Сама гірська маса має бути сприятливою. Як покрівля, так і підошва мають бути міцними. Руда теж має зберігати стійкість. Вона не повинна руйнуватися просто тому, що знаходиться у виробленому просторі, поки ведеться видобуток навколо неї. Розробка з обваленням спирається на саму руду підтримки відкритого простору у процесі роботи. Якщо гірська порода слабка або руда обсипається під час зберігання, цей метод стає незастосовним.

Як працює метод із зменшенням обсягу у практиці

Це – вертикальний танець. Шахтарі піднімаються через завали, буря отвори в твердій стелі виробітку. Вони заповнюють ці отвори вибухівкою. Потім вони беруть 30-40% зруйнованої руди знизу.

Чому не забрати все одразу?

Тому що їм потрібен простір. руда, Що Залишилася, служить тимчасовою підлогою і опорою. Вони підривають наступний шар зверху, дозволяючи йому обрушитися і заповнити порожнечу, що утворилася. Шахтарі повертаються в хаос, ступаючи новими уламками, щоб повторити процес.

Це працює. Але це повільно. І це важко автоматизувати.

Затримка між початком розробки та остаточним вивезенням кожної останньої гірської породи може значно збільшуватися. Це метод, який залежить від людського часу та фізичної присутності, а не лише від важкої техніки.

Чому метод із засипкою краще адаптується

Якщо метод із зменшенням обсягу жорсткий, то метод із засипкою гнучкий. Він справляється з незвичайними формами рудних тіл та нестабільним ґрунтом, де інші методи зазнають невдачі. Поряд із камерно-стовповим методом, це найбільш адаптований підземний метод, доступний сьогодні.

Логіка проста. Ви видобуваєте горизонтальний шар руди. Потім ви заповнюєте порожній простір.

Зазвичай засипка складається з порожньої породи або хвостів, що утворюються на заводі. Це перетворює відходи на інструмент. Як тільки порожнеча заповнена, ви видобуваєте наступний шар вище. Або нижче.

Засипання стає платформою для наступного зрізу.

Існує два основних способи зробити це.

Верхній метод із засипкою починається знизу і рухається вгору. Це стандартний підхід. Гравітація допомагає. Засипка знаходиться під вами, підтримуючи вашу вагу, поки ви видобуваєте шар вище.

Нижній метод із засипкою змінює потік. Ви починаєте згори і копаєте вниз. Це складніше. Коли ви видаляєте зверху руду, у вас залишається стеля з повітря. Ви не можете просто кинути туди порожню породу. Вона не втримається.

Ви повинні додати цемент у засипку. Це створює міцний, схожий на бетон дах. Тільки тоді робітники можуть безпечно увійти у простір нижче, щоб продовжити цикл. Це коштує більше матеріалів. Але це дозволяє видобувати родовища, які інакше були б надто небезпечними чи нестабільними для розробки.

Вивантаження за допомогою пандусів або гібридні методи рилл-видобування

Подивіться ще раз на цю схему. Пандус веде безпосередньо у вироблений простір (стопу). Це точка доступу. У міру того, як шахтарі піднімаються вище, вони створюють підйомні штреки всередині самого заповнювача. Це не просто декоративні елементи. Вони є проходами для переміщення персоналу або жолобами для гравітаційного потоку руди. Звичайно, можна повністю відмовитись від внутрішніх підйомних штреків. Завантажувати висаджену породу в ЛПМ – машину вантажно-транспортну (Load Haul Dump) – і везти її до жолоба в підошві рудного тіла. Це вибір між вертикальною інфраструктурою та горизонтальним транспортуванням.

За сприятливих геологічних умов існує ще один варіант. Ріл-видобуток.

Це гібридний метод. Частина – це метод із заповненням, частина – це підповерхова виїмка. Через рудне тіло прокладаються штреки, але не щільно забиті. Вони розділені прошарком руди заввишки два або три звичайні шари. Буріння провадиться довгими свердловинами. Вибух видаляє вертикальні шари. Але ось у чому проблема: у міру видалення кожного шару заповнювач відразу ж надходить усередину. Ви тримаєте відкритий простір невеликим. Менше відкритої породи означає меншу ймовірність обвалення. Це стабільність з допомогою постійного заміщення.

Як насправді працює підповерховий обвал

Назву все пояснює, якщо знати, куди дивитися.

Подетажний відноситься до робочого простору. Шахтарі працюють не лише на основних горизонтах. Вони працюють на кількох проміжних рівнях, розташованих між основними тунелями. Це вертикальний сендвіч активності.

Обвалення – це наслідок. У цій конкретній схемі ви не підтримуєте покрівлю за допомогою дерев’яних чи цементних конструкцій. У міру вилучення руди навісна стіна над нею обрушується. Поверхня над нею також просідає. Порода падає у порожнечу. Це контрольований хаос. Метод спирається на здатність ґрунту передбачувано обрушуватися після видалення матеріалу, що підтримує.

Як поперечна ступінчаста методика розробки з обваленням управляє порожньою породою та розведенням

Розглянемо геометрію. Паралельні поперечні штреки перетинають рудне тіло. Вони проходять від штреку по підошві до штреку по даху. Кожне проміжне горизонтальне робоче місце (ступінь) виконує цю функцію. Наступний ступінь нижче? Вона розташована точно між лежачими вище. Зрушена.

Бурові свердловини буряться віялом. Через регулярні інтервали вздовж цих поперечних штреків. Потім відбувається вибух. Починайте з даху на верхньому щаблі.

Ось складна частина. У міру того як ви вивантажуєте обвалену руду, матеріал зверху слідує за нею. Порожня порода з даху руйнується. Чим більше ви вивантажуєте руди, тим більше порожньої породи потрапляє разом з нею. Розведення зростає. У вас є межа. Як тільки кількість порожньої породи досягає певного порога, ви припиняєте навантаження. Підриваєте наступне віяло. Чекаєте, доки суміш осяде. Повторюєте.

Чи завжди це погано? Ні. Це залежить від того, що саме ви здобуваєте. Магнетит вибачає помилки. Руда і порожня порода легко відокремлюються одна від одної. Дешево. Тут розведення має менше значення. Для інших мінералів змішування порожньої породи з вашим продуктом – це катастрофа. Ви платите за переробку породи, яка не є рудою.

Для певних мінералів, таких як магнетит, у яких руда та порожня порода можуть бути легко і недорого розділені, розведення руди є меншою проблемою, ніж для інших мінералів.

Коли використовувати панельну та блокову методики обвалення для масивних родовищ

Методи камерної розробки підходять для деяких завдань. Ступінчаста методика з обваленням вирішує інші. Але потужні родовища вимагають іншого підходу. Панельне обвалення. Блокове обвалення. Це метод спеціально розроблений для масштабу.

Він універсальний. Вам потрібні певні умови. Чотири з них.

1. Великі рудні тіла з крутим падінням. Гірська порода повинна ковзати.
2. Масивна вертикальна протяжність. Вам потрібна глибина. Багато її.
3. Порода, що обрушується природно. Вона повинна розколюватися на шматки, що керуються. Якщо вона залишається у вигляді величезних валунів, ви застрягли.
4. Поверхня, що допускає просідання. Земля зверху опуститься. Вам потрібний простір для цього.

Якщо у вас є ці чотири умови, панельне обвалення, ймовірно, буде вашим найкращим вибором. Воно використовує вагу породи проти себе. Гравітація робить розколювання. Ви просто керуєте потоком.

Чому метод «нижня виїмка та заповнення» дозволяє руді руйнуватися самостійно

Ви копаєте шахту. Потім ви копаєте ще одну на 15 метрів вище.

Ось така схема.

Ці два рівні знаходяться на глибині від 100 до 300 метрів нижче за верхню частину рудного тіла. Ви не починаєте згори. Ви починаєте із глибини.

На цьому верхньому рівні нижньої виїмки прокладаються паралельні тунелі. Потім вибухає порода з-поміж них. бум. Виходить величезний горизонтальний шпур. Цей шпур виконує основну роботу. Він прибирає опору, що утримує руду, що лежить вище.

У справу входить гравітація.

Руда обрушується. Вона розколюється на шматки, досить дрібні для обробки. Вона падає у приймальні вирви на нижньому виробничому рівні. Це, по суті, нижні лотки, які очікують зловити уламки.

Машини LHD (навантаження, транспортування, розвантаження) в’їжджають. Вони загребають зруйновану руду. Вони транспортують її до рудопроводів.

Ось у чому хитрість.

Тільки та порода, яка використовувалася для створення цих початкових лотків та нижніх виїмок, потребує буріння та вибуху. А решта? Вона руйнується сама. Вона скочується вниз у міру того, як обвалення піднімається до поверхні.

Основна робота полягає не в руйнуванні породи. Вона полягає в тому, щоб тримати ці точки виїмки відкритими, поки гора обрушується довкола них. Якщо лотки заб’ються, шахта зупиниться. Вам потрібно підтримувати потік під час виїмки.

Чим алювіальний видобуток відрізняється від підземної розробки

Алювіальний видобуток – це зовсім інша справа.

Ви не бурі тверду породу. Ви не підриваєте. Ви не чекаєте, доки гравітація обрушить шахту.

Алювіальні родовища пухкі. Це гравій, пісок чи бруд. Цінні мінерали — зазвичай золото, але також олово чи дорогоцінне каміння — були вимиті зі свого першоджерела. Вони осіли в руслах річок, на пляжах чи заплавах.

Оскільки матеріал неконсолідований, вам не потрібна потужна інфраструктура операції «нижня виїмка та наповнення». Жодних прийомних воронок. Жодних машин LHD, що маневрують у вузьких тунелях.

Вам просто потрібно відокремити важкі частинки від легенів.

Вода – ваш основний інструмент. Вона змиває пісок та бруд. Щільні мінерали тонуть.

Цей метод дешевший. Швидше. Менш небезпечний. Але він працює тільки в тому випадку, якщо руда не замкнена в матриці твердої породи. Ви не можете вести алювіальний видобуток кварцової жили. Ви можете видобувати лише те, що річка вже зробила за вас.

То чому ми ще спускаємося під землю?

Тому що найкращі жили знаходяться не в річковому руслі. Вони глибокі. Щільно закриті. Чекають, поки ви їх розкриєте.

Чому важкі мінерали тонуть, а пісок залишається на поверхні

Прошари (placer) – це безладні скупчення. Це купи неконсолідованого дестріального матеріалу, що випадково містять цінні мінерали. Природа створює їх у вигляді хімічного вивітрювання, течії річок, морських процесів чи вітру. Результатом є концентрат те, що має значення.

Золото. Олово. Платина. Алмази. Ви також знайдете титаноносні та залізисті піски, дорогоцінні камені, такі як рубіни та смарагди, та абразиви, такі як рутил та циркон. Це не випадковий вибір. Вони мають дві спільні риси. Висока питома густина. Фізична міцність. Вони виживають у дорозі. Решта змивається.

Де знайти найприбутковіші розсипні родовища

Не всі розсипи однакові. Річкові (або алювіальні) розсипи та пляжні розсипи домінують в економічній сфері. Вода, що біжить, формує річкові розсипи. Прибійні хвилі впливають на існуючі річкові відкладення, створюючи пляжні розсипи.

Геологія хаотична у довгостроковій перспективі. Рівень моря піднімається. Земля зміщується. Це означає, що ви можете знайти розсипи на будь-якій висоті. Значно вищий за рівень моря. Глибоко нижче за нього. Розташування не визначає метод так сильно, як фізичні умови.

Гірники дивляться на довжину. Товщину. Характер корінних порід. Вони перевіряють орієнтацію родовища. Наскільки товща покриваючих порід? Чи є доступна вода? Яка ціна на одиницю обсягу?

Якщо родовище надто тонке або надто глибоке для поверхневого видобутку, гірники переходять під землю. Вони опускають шахти. Вони прокладають горизонтальні виробітки. Матеріал, однак, неконсолідований. Він обрушується. Тяжка підтримка обов’язкова. Це дорого та складно.

Більшість розсипів, однак, залишаються на поверхні. Операції поділяються на два табори. Наземні. Або плаваючі установки.

Як промивання поділяє цінність від відходів

Промивання в лотку – це предок всього сучасного розсипного видобутку. Це просто. Це ефективно. Це повністю ґрунтується на відмінностях у щільності.

Ви кладете осад у лоток. Додаєте воду. Перемішувати. Тяжкі мінерали — золото, алмази, платина — тонуть на дно. Легший пісок і гравій обертаються над краєм і зникають.

Це повільно. Це трудомістко. Але це доводить концепцію. Якщо ви можете поділити важкі матеріали від легких вручну, ви можете зробити це за допомогою машин. Принцип залишається тим самим. Гравітація робить роботу. Ви просто надаєте середу.

Чому промивання в лотку залишається впертою нормою для пошуку золота

Промивання в лотку – це метод грубої сили. Він ручний, спітнілий і невблаганний. Ви наповнюєте лоток розсипною землею, занурюєте його в нерухому воду і приступаєте до роботи.

Під водою ви розминаєте бруд обома руками. Ви розбиваєте грудки, розчиняєте глину, вибираєте гальку. Це тактильно. Брудно. Потім настає час трясти. Тримайте лоток горизонтально. Струшуйте його. Важкі частки осідають.

Швидкі нахили. Швидкі підйоми. Змивайте легкий верхній шар. Повторюйте, доки на дні не залишаться лише щільні, цінні мінерали.

Це просто. Це також виснажливо.

Де ви дійсно знаходите золото цим методом?

Ви не вибираєте довільне місце. Ви шукаєте рештки. Нерозроблену землю поряд із старими родовищами. Тріщини в корінних породах русел річок. Старі річкові бари. Сухі русла струмків, де вода раніше зносила важкі частки вниз.

Якщо вода там рухалася раніше, золото може досі бути там. Чекає.

Секрет у промивці. Це знання того, де вода перестала нести вагу.

Промивання у жолобі змінює гру. Вона масштабує процес. Замість одного лотка ви використовуєте довгий вузький жолоб. Вода тече через нього, несучи землю та сміття. Рифлі – ці невеликі гребені на дні – затримують важкі частинки, тоді як легкий мул змивається.

Це швидше. Менше згинання. Але це потребує потоку води. Постійний поток. Ви не можете промивати у калюжі.

Механіка лотків та конструкція грядок

Також можна використовувати лоток. Це міцна прямокутна скринька, зазвичай з деревини, з відкритим верхом. Дно шорстке завдяки грядкам. Найчастіше це поперечно встановлені дерев’яні бруси. Іноді це стовпи, камінь, залізо чи гума. Вода та розсипний грунт вводяться у верхню частину похилого лотка. У міру руху вниз спеціально сформовані грядки створюють турбулентність у потоці. Це запобігає осадженню легших матеріалів. Цінні важкі мінерали затримуються.

Механізовані наземні розсипні розробки

Механізовані наземні роботи використовують драги, екскаватори-навантажувачі, екскаватори-завантажувачі та бульдозери для вилучення розсипного матеріалу. Матеріал доставляється на збагачувальні фабрики або лотки для вилучення мінералів. Ці методи підходять для вузьких, неглибоких або валунових родовищ. Вони також працюють на нерівному та крутому рельєфі, з яким не справляються інші методи.

Наземне промивання – це особливий метод. Він розробляє природні розсипи та штучні, такі як купи хвостів. Природний потік води руйнує та транспортує матеріал через лоток. Цінні мінерали концентруються там. Гідравлічна технологія – це інший метод. Ви спрямовуєте струмінь води під високим тиском через насадку на забій. Пульпа, що утворилася, переміщається в низхідний канал. Потім замкнутий контур для збагачення. Гідравлічна технологія іноді використовується для підземного видобутку вугілля. Але її основне застосування – відкритий видобуток. Вона практична для дрібнозернистого, неконсолідованого матеріалу з розсипів, хвостів, алювію та латеритних родовищ. Важливим застосуванням є зняття покрівельних порід для кар’єрів.

Плавучі установки з драгами або екскаваторами-навантажувачами

Іноді найбільш економічно виїмку розсипного матеріалу проводити береговою драгою або екскаватором-навантажувачем. Їх поєднують з плавучою збагачувальною установкою. Землерійне обладнання може бути на окремій баржі або на тій же. Матеріал викопується зі стінок та дна кар’єру. Він падає в бункер промивної установки. Великофракційний матеріал відбраковується ситом. Він вирушає у відвали. Дрібнофракційний матеріал розподіляється за системою гравітаційного поділу. Сюди входять лотки із грядками, jig-установки чи аналогічне обладнання. Після обробки якнайбільше відходів повертається в кар’єр. Збільшення обсягу означає, що частина відходів відкладається поза кар’єру. Кар’єр переміщається разом із фронтом розробки.

Метод екскаватора-навантажувача забезпечує потужну виїмку та хороший контроль.

Методи днопоглиблення: механічні та гідравлічні

Днопоглиблення – це підводне вилучення розсипного родовища плавучим обладнанням. Системи бувають механічними чи гідравлічними. Це залежить від способу транспортування матеріалу.

Традиційним є бункерно-драбинний, або бункерно-ланцюговий, земснаряд. Він залишається найбільш гнучким методом зміни умов. Один корпус підтримує механізми виїмки та підйому, контури обробки та системи утилізації відходів. Нескінченний ланцюг відкритих контейнерів рухається навколо ферми або драбини. Нижній кінець впирається в обличчя. Це дно кар’єру, де відбуваються розкопки. Верхній кінець розташований біля центру земснаряду, біля приймального бункера. Ланцюг обертається навколо провідної зірочки, яка називається верхньою зірочкою. Він рухається вниз до нерухомої зірочки, яка називається нижньою зірочкою. Заповнені бункери, підтримувані роликами, переносяться вгору по драбині. Вони вивантажують свій вантаж у бункер. Після того, як на переробному заводі видобувається цінний матеріал, відходи викидаються назад.

Ковшовий земснаряд – це інша механічна система. Він використовує великий одиночний совок на кінці кабелів. Він працює на більшій глибині, ніж інші системи. Добре справляється з великими частинками та сміттям. Але це періодична, пакетна система. Вона робить приблизно один захоплення за хвилину.

Чисто гідравлічні системи днопоглиблення використовують чисте всмоктування, всмоктування з гідроударом або повністю гідроудар. Вони підходять для виїмки дрібнозернистого сипучого матеріалу. Подумайте про пісок і гравій, відкладення морських черепашок, хвости фабрик і неконсолідовану розкривну породу. Гідравлічне днопоглиблення також розробляє родовища алмазу, олова, вольфраму, ніобію-танталу, титану, монациту та рідкоземельних елементів.

Підводні ріжучі головки значно збільшують потужність виїмки. Земснаряд із ріжучою головкою має обертову ріжучу головку. Він розпушує і перемішує ґрунт біля вибою. Матеріал потрапляє у вхідний патрубок відцентрового насоса. Це транспортує суспензію з 20–25% твердих речовин до збагачувальної фабрики. Паля, яка називається шуд, утримує земснаряд на місці під час різання. Лебідки та троси повертають земснаряд по дузі навколо палі. Він видаляє весь матеріал у дузі. Потім земснаряд рухається вперед. Процес повторюється.

Земснаряд із ріжучою головкою підходить для більш м’яких відкладень. Матеріал має відносно низьку питому вагу або дрібний розмір частинок. Наприклад, піщано-гравійні кар’єри, фосфатні шахти і різні родовища солі.

Земснаряди проти фрезерних земснарядів

Лопастний земснаряд дуже схожий на земснаряд. Основна ідея та сама. Але якщо замінити роторний ріжучий інструмент на колісний екскаватор, то виходить зовсім інший пристрій.

Копає сильніше. Краще справляється з нижньою частиною поглиблення. І він захоплює важкі матеріали — золото, олово — які зазвичай прослизають повз стандартний ріжучий пристрій.

Але тут є заковика. Він механічно складний. І дорого. Ви платите за цю точність.

Чому ми ще не почали видобувати в океані?

Океан, по суті, є джерелом корисних копалин. Величезний. Ми ледь торкнулися його.

чому

Тому що видобувати корисні копалини на землі легше. Дешевше. Зараз немає потреби йти під воду.

Крім того, технологія ще не зовсім готова. Ми не зовсім знаємо, як економічно використовувати морське дно. Ми навіть не до кінця розуміємо, які там ресурси.

Але що, якби ми знали? Океан ділиться на три основні зони:

— Самі морські води
– Пляжі та континентальні шельфи
– Глибоке морське дно

Що насправді в морській воді?

Морська вода містить близько 3,5% розчинених твердих речовин за вагою.

Основні компоненти? Хлориди. Натрій. Сульфати. Магній. Кальцій. Калій. Бром. Бікарбонати.

Це не лише відкритий океан. Внутрішні солоні моря, такі як Мертве море або Велике Солоне озеро, також витягують мінерали.

Магній – один з основних елементів, що видобуваються з морської води. Але солі займають провідне становище.

Поварена сіль (хлорид натрію, NaCl) – король. Потім хлориду калію. Хлориди магнію. Сульфати калію та магнію.

Як їх витягають? Випаровуванням.

Дешево. Просто. Використовуйте Сонце.

Ідеальна соляна ферма

Ви не можете просто викопати ставок у будь-якому місці та чекати солі. Потрібні певні умови.

• Спекотний, сухий клімат. Сухі вітри допомагають.
• Земля поряд із морем.
• Ґрунт, який не вбирає воду. Непроникний.
• Рівна місцевість. На рівні моря чи нижче.
• Мало опадів у місяці випаровування.
• Відсутність прісноводних потоків, що розбавляють розсіл.
• дешевий транспорт чи близькість ринків збуту.

Якщо ви відповідаєте всім цим пунктам, ви будуєте ставкову споруду.

Як це виглядає?

• Непроникні ґрунти основи та греблі для утримання розсолу.
• Канали для переміщення розсолу від джерела до ставка.
• Насоси для підйому розсолу над дамбами та перепадами висот.
• Конструкції для керування потоком між ставками.

Це інженерія, яка зустрічається з погодою. Жодної магії. Просто фізика.

Видобуток солі з морської води

Сучасні сольові ставки не просто стоять і чекають на диво. Вони активно перекачують вихідний розсіл у зони попередньої концентрації. Випаровування виконує основну роботу, підвищуючи рівень хлориду натрію до насичення. Розсіл досягає 19-21% хлориду натрію та 28-30% загальних розчинених твердих речовин. Потім він переміщається в кристалізаційний ставок.

Час варіюється. На Великому Солоному озері доводиться чекати близько року. Хлорид натрію випадає першим. Інші розчинені речовини ще досягли насичення. Якщо вам потрібна лише кухонна сіль, розсіл зливають рано. Це запобігає забрудненню. Якщо потрібні калійні солі, випаровування продовжують. Вижимають кожен останній іон натрію, перш ніж цільовий продукт досягне насичення.

Як тільки сіль кристалізується на дні ставка, настає час збирання врожаю. Градери, фронтальні навантажувачі та самоскиди переміщують матеріал на переробні заводи. Це промислове сільське господарство мінералів.

Чому відпрацьований розсіл – це золото

Опріснювальні установки виробляють прісну воду з морської. Стічний розчин, що залишився, зазвичай є проблемою утилізації. Тепер це ресурс. Вилучення солей із цього потоку відходів економить гроші та енергію.

Три причини. По-перше, опріснювальний завод оплачує перекачування. По-друге, гарячий розсіл. Тепла вода випаровується швидше. По-третє, концентрація солі в чотири рази вища, ніж у первинній морській воді. Ви починаєте з перевагою. Економічно доцільно видобувати ресурси із відходів.

Важкі мінерали на узбережжі

Пляжі – це не тільки пісок та черепашки. Слюда, польові шпати, кварц – вони становлять основну масу. Але там ховаються й важкі мінерали. Колумбіт, магнетит, ільменіт, рутил, циркон. Вони стійкі до хімічного вивітрювання та механічної ерозії. Вони залишаються на місці, поки легший матеріал змивається.

Існують рідкісні знахідки. Золото, алмази, каситерит, шеєліт, вольфраміт, монацит, платина. Концентрації, придатні для видобутку зустрічаються рідше, але цінні.

Видобуток над рівнем моря використовує традиційні відкриті методи. Драглайни працюють у прибійній зоні. Офшорний видобуток потребує іншого обладнання. Дротові методи опускають відра на сталевих тросах. Грейперні відра, схожі на клешні або апельсинові часточки, врізаються в опади. Вони закриваються, утримують навантаження та піднімають його. На поверхні раковина відкривається. Вивантаження. Повторення.

Затвори забезпечують безперервний процес. Ведерні ескалаторні земснаряди копають залежно від розміру відра та потужності. Вони добували золото, олово, платину та алмази по всьому світу. У офшорних умовах вони переважно орієнтовані на золото і олово. Гідравлічні всмоктувальні земснаряди видаляють розкривні породи. Вони переміщують несцементовані опади з низькою питомою щільністю великі відстані. Потрібне стабільне водопостачання.

Напівцементовані опади вимагають відерних або ріжучих земснарядів, що всмоктують. Повітряно-ліфтові земснаряди напрочуд прості. Немає занурених рухомих частин. Стиснене повітря впорскується в трубу на глибині занурення 60%. Стовп рідини всередині втрачає густину. Якщо верх труби не надто високо над водою, повітряно-водна суміш переливається. Вода та опади прямують усередину, щоб замінити її. Потужність для підйому твердих речовин є значною. Простота перемагає.

Глибоководне морське дно

Океанічні западини не плоскі. Домінують пологі пагорби. Ухили рідко перевищують кілька градусів. Рельєф варіюється на кількасот метрів. Середня глибина? 3800 метрів. Приблизно 12500 футів.

Два основні типи опадів покривають дно. Вапняні мули та червона глина.

Вапняні мули походять від планктонних організмів. Їхні раковини та скелети осідають. Близько $10^{16}$ тонн покривають 130 мільйонів квадратних кілометрів. Це 50 мільйонів квадратних миль. Близько до багатьох узбережжя. Деякі поклади майже чистого карбонату кальцію. Інші нагадують вапняк, який використовується в портландцементі. Потенційний будівельний матеріал у глибинах.

Червона глина покриває ще 104 мільйони квадратних кілометрів. Приблизно $10^{16}$ тонн. Склад не вражає. Але може мати цінність. Сировина для керамічних виробів. Або майбутнє джерело металів. Середня частка глинозему складає 15%. У деяких місцях сягає 25%. Мідь сягає 0,20%. Нікель та кобальт присутні у крихітних частках. Марганець складає близько одного відсотка. Ці метали ховаються у мікронодулярних фракціях глини. Ситові чи фізичні методи можуть їх відокремити.

Морське дно – це склад. Ми тільки вчимося відчиняти двері.

Справжні гроші — в мулі та солі

Погляньте уважніше на гарячий розсіл у Червоному морі. Під ним ховається щось набагато цікавіше, ніж гідротермальні джерела. Басейни, заповнені багатою на метали осадовою породою. Вони просто лежать там, чекаючи свого часу. Найбільшим є глибоководна западина Атлантида ІІ. За оцінками, вона містить значні запаси міді, цинку, срібла та золота. Ці басейни розташовані на глибині близько 2000 метрів. Приблизно 6600 футів. Прямо між Суданом та Аравійським півостровом.

Ось у чому каверза. Осадова порода має гелеподібну консистенцію. Її перекачування на поверхню може виявитися досить простою справою. Вона формується просто зараз. У поточних геохімічних умовах. Вона дуже схожа на великі родовища руд на суші. Просто знаходиться глибше.

Але справжні «важковаговики» знаходяться в іншому місці. Марганцеві конкреції. Фосфорити теж є, але саме марганцеві конкреції мають основну економічну цінність. Це конкреції діоксиду марганцю. Зазвичай їхній діаметр становить близько 3 сантиметрів. Крихітні камені з величезним потенціалом.

Подумайте про масштаби. Тільки на дні Тихого океану, за оцінками, знаходиться 1,5 трильйони тонн цих конкрецій. Вони лежать міцно. До 38600 тонн на квадратний кілометр. Хімічний склад багатий. Тут міститься 2,5% міді, 2% нікелю, 0,2% кобальту та 35% марганцю. У деяких родовищах вміст марганцю сягає 50%. На суші це вважалося б рудою найвищої якості. А тут вони просто розкидані дном.

Як їх підняти? Дві основні ідеї мають декларація про існування. Глибоководний драговий земснаряд та глибоководний гідравлічний земснаряд.

Драговий земснаряд працює як гігантський пилосос на повідку. Він зрізає тонкий шар із дна океану. Заповнює свій ковшовий пристрій. Потім піднімається нагору. Рейкова система на задній частині судна піднімає ківш. Вантаж вивалюється у бункер. Можна видобувати від 10000 до 15000 тонн на день. З глибини 6000 метрів. Але процес іде ривками. Опустити ківш. Підняти його. Вивантажити. Цей непродуктивний час вбиває економічну ефективність. Процес надто уривчастий.

Безперервна система працює краще. На сцену виходить гідравлічний земснаряд. Він використовує насос та систему пневмопідйому. Саморухливий збирач переміщається дном. Він може використовувати ковша, скребки чи водяні струмені. Ключовий момент – співвідношення рідини та твердих частинок. Необхідно керувати швидкістю потоку у трубі. Якщо потужність насоса занадто висока або занадто низька, суміш руйнується. Це тендітний баланс фізичних процесів.

Ми ще не видобували марганець у комерційний спосіб. Це надто дорого. Але ми вже видобували алмази з дна океану. Для цієї роботи використовуються дистанційно керовані апарати (ROV) та вертикальні тунельні різаки. Технології є. Економіка просто ще не наздогнала їх.

Як розчинний видобуток перетворює камінь на рідину

Забудьте на секунду про океан. Подивіться на землю. Природні свердловини дають нам більшу частину світового запасу брому. Літій. Бора. А також калійних солей та трону. Але ми створюємо й штучні розсоли. Ми розчиняємо пласти розчинних мінералів. Галити. Це кам’яна сіль. Калійні солі. Трон. Бір.

Це розчинний видобуток розсолів. Або просто розчинний видобуток. Саме так ми отримуємо сіль, не вириваючи ями та не вивозячи каміння.

Все починається зі свердловини. Буріння ведеться до верхньої частини шару солі. Свердловина обсаджується залізною трубою. Потім отвір розширюється до нижньої частини пласта. Після цього вибирається конфігурація. Існує чотири основні способи проведення робіт.

Техніка верхньої ін’єкції проста. Всередину свердловини опускається tubing (тубінг) аж до дна. Всередину аннулуса (кільцевого простору між внутрішньою трубою та обсадною колоною) нагнітається вода. Вода потрапляє у верхню частину пласта солі. Вона розчиняє сіль прямо там. Розсіл важчий. Він спускається вниз. Він виштовхується назовні через тубінг. Через війну утворюється печера у вигляді «ранкової слави» (Morning Glory). Широкий вгорі. Вузька внизу.

Нижня ін’єкція змінює правила гри. Солодка вода нагнітається через опущений тубінг у нижній частині. Розсіл відкачується через аннулус у верхній частині. Печера спочатку має грушоподібну форму. Широкий внизу. У міру зростання вона стає бочкоподібною. Якщо продовжити, вона також перетвориться на форму «ранкової слави».

Нижня кільцева ін’єкція відрізняється. Вода надходить через аннулус обсадної колони поблизу дна. Розсіл виходить через тубінг, встановлений трохи глибше. Це створює бочкоподібну печеру. Стабільну. Передбачувану.

Існує варіація, що забезпечує додатковий контроль. Дві концентричні труби в свердловині. Вода надходить через аннулюс між ними. Розсіл виходить через нижню внутрішню трубу. Але ось у чому хитрість. В аннулюсі між обсадною колоною і першою трубою нагнітається нафта або повітря. Нафта і повітря легші за воду. Вони спливають до верхньої частини печери. Вони утворюють подушку. Ця подушка зупиняє зростання печери нагору. Вона змушує печеру рости вшир. Ви отримуєте широку печеру, не ризикуючи структурною цілісністю порід, що лежать вище. Коли розширення завершено. Ви видаляєте нафтову чи повітряну подушку. Печера починає рости нагору. Ви контролюєте форму. Ви контролюєте ресурс.

Об’єднання печер підвищує ефективність

Тут має значення розмір. Використовуючи згадані раніше методи, можна виробити печери діаметром 100 метрів і більше. Це працює у шаруватій солі. Це працює у купольній солі. Але головний секрет полягає не просто у викопуванні ями. Він полягає у їх поєднанні.

Коли сусідні печери зливаються, видобуток різко зростає. Ви перестаєте розглядати свердловину як ізольовані одиниці. Натомість ви створюєте систему. Одна свердловина закачує рідину. Інша відкачує її. Це скоординований танець. Зазвичай використовується п’ятиточкова схема. Одна нагнітальна свердловина знаходиться у самому центрі. Чотири видобувні свердловини оточують її, подібно до супутників.

Розсіл піднімається гарячим та солоним. Він прямує на завод. Або, можливо, у сонячний ставок. Там випаровування перебирає основну роботу. Вода йде. Сіль лишається. Проста фізика. Ефективна хімія.

Як процес Фраса витягує сірку

Сірка не просто лежить на поверхні в очікуванні вас. Вона поміщена у пастку. Зокрема, в кришці соляних куполів. Сірка знаходиться всередині пористого або тріщинуватого вапняку. Цей вапник затиснуті між шарами породи, які безплідні, непроникні та нерозчинні. Природа створила ідеальний контейнер. Процес Фраса – це ключ до його відкриття.

Цей метод застосовується як до шаруватих, так і до купольних родовищ. Але конфігурація куполів є класичним прикладом. Ось як виглядає інженерна частина процесу.

Ви починаєте зі свердловини у кришковій породі. Ви встановлюєте обсадну колону. Її ширина становить приблизно 200-250 мм. Приблизно 8-10 дюймів. Звідти ви бурите вниз до нижньої частини шару вапняку із сіркою. Ви встановлюєте трубу. Діаметр 150 мм. Шість дюймів. Ця труба має перфорацію. Два рівні перфорацій.

Усередині цієї труби діаметром 150 мм є ще одна. Ширина 75 мм. Три дюйми. Вона йде майже до дна. Нарешті, крихітна труба діаметром 25 мм підвішена від поверхні всередині труби діаметром 75 мм. Всього один дюйм завширшки.

Три труби. Вкладені одна в одну, як матрьошки. Для чого так багато? Тому що вам потрібні окремі канали для різних завдань.

В систему надходить перегріта вода. Вона гаряча. Приблизно 170 °C. Це 340 °F. Вона тече вниз простором між трубами діаметром 150 мм і 75 мм. Вона виривається із верхніх перфорацій. Тепло впливає на вапняк. Температура збільшується. Вона перевищує температуру плавлення сірки. 115 °C. 240 °F.

Тверда сірка перетворюється на рідину.

Рідка сірка щільна. Тяжче води. Тому вона осідає. Вона накопичується на дні пласта. Гравітація робить свою роботу. Розплавлена ​​сірка тече у нижні перфорації труби діаметром 150 мм. Вона потрапляє у трубу діаметром 75 мм.

Тепер їй треба підвестися. Вона густа. Вона важка. Вона не підніметься сама по собі. Ви закачуєте стиснене повітря через цю крихітну трубу діаметром 25 мм. Повітря поєднується з сіркою. Це знижує густину. Уявіть, що ви робите легше суспензію. Суміш пузириться. Розплавлена ​​сірка піднімається поверхню.

Це груба сила термодинаміки. Нагрійте. Дайте осісти. Зменшіть навантаження. Підніміть. Жодної копки. Жодного видобутку. Тільки труби та тиск.