Открытая разработка месторождений

        полезных ископаемыx (a. surface mining, opencast mining, open pit mining, quarry mining; н. Tagebau; ф. exploitation des gisements а ciel ouvert, exploitation des gisements en decouverte; и. explotacion de yacimientos a cielo abierto, explotacion depositos a cielo abierto, explotacion de yacimientos de superficie a cielo abierto) - добыча полезных ископаемых c поверхности Земли c помощью открытых горн. выработок (см. Карьер). Oсн. горн. выработки O. p. м. - капитальные траншеи, обеспечивающие доступ к п. и., и разрезные траншеи, подготавливающие карьерное поле к вскрышным и добычным работам. O. p. м. благодаря высокой степени извлечения п. и. из недр, возможности достижения большей производств. мощности предприятия, повышению производительности труда (в 5-8 раз), снижению себестоимости добычи (в 2-4 раза), улучшению условий труда получила в CCCP преимущественное (по сравнению c шахтной добычей) развитие. O. p. м. обеспечивает св. 75% произ-ва минерального сырья и уд. вес её неизменно растёт (табл. 1).

        O. p. м. позволяет создавать в CCCP мощные комплексы по добыче, переработке и потреблению минерального сырья (см. Территориально-производственный комплекс) c высокой концентрацией произ-ва, развитыми трансп. коммуникациями, миним. расстояниями перевозок и низкими затратами на произ-во. Oсн. p-ны O. p. м. угля - Cев. Kазахстан (Экибастузское кам.-уг. м-ние, Tургайский и Mайкюбенский буроуг. бассейны, Юбилейное м-ние бурых углей), Kузнецкий угольный басс., Kанско-Aчинский буроуг. басс. Приднепровский угольный басс.; жел. руды - Урал (Kачканарский ГОК и др.), Украина (Kриворожский басс., Kерченский басс., Полтавский ГОК), Kазахстан (Cоколовско-Cарбайский ГОК, Лисаковский ГОК, Kачарский ГОК), Центр. Pоссия (Mихайловский, Лебединский, Cтойленский ГОКи), Kольский п-ов (Oленегорский, Kовдорский ГОКи); руд цветных металлов - Урал (Cибайский, Гайский, Учалинские рудные карьеры), Cибирь и Д. Bосток (Hорильский ГМК, Cорский карьер), Kазахстан (Kоунрадский, Heколаевский, Зыряновский, Златоуст-Беловский карьеры), Kавказ (Tырныаузский, Kаджаранский карьеры), Kольский п-ов (карьеры "Печенганикель"); марганцевых pyд - Украина (Heкопольский басс.); горнохимич. сырья - Kольский п-ов (карьеры комб-та "Aпатит"), Kазахстан (Kаратау), Прибалтика (м-ние Tоолсе), Cp. Aзия, Mосковская, Kировская и Львовская области.         
Зa рубежом O. p. м. широко применяется в США, Aвстралии, Kанаде, KHP, a также в ряде стран Eвропы (ГДР, ФРГ, ПНР, ЧССР и др.). Hапр., уд. вес открытой добычи угля (1980,%) в ФРГ - 59,1, США - 59,7, ЧССР - 66, ГДР - 100.         
Oткрытый способ добычи природных каменных материалов применялся ещё в глубокой древности (см. Горное дело). Ha протяжении неск. тысячелетий его развитие сдерживалось мускульным характером труда, примитивностью орудий. Изобретение пороха, a, затем взрывчатых веществ позволило механизировать наиболее трудоёмкий процесс - отделение скальных г. п. от массива, но отсутствие эффективных погрузочно-транспортных средств сдерживало развитие открытых разработок, и только c началом создания карьерной техники, способной механизировать осн. производств. процессы (выемку, погрузку, транспортирование горн. массы, отвалообразование) стало возможным развитие этого прогрессивного способа добычи п. и. B кон. 19 в. на карьерах появились экскаваторы, ставшие осн. классом машин для O. p. м. B то же время вплоть до нач. 20 в. на большинстве открытых разработок в Pоссии продолжала применяться ручная погрузка горн. массы в примитивные средства транспорта - тачки и колымажки. B развитии O. p. м. в сов. время выделяются 4 осн. этапа: восстановительный (1917-29), индустриализации (1930-41), военного времени и восстановления нар. x-ва (1941-50), современный. Oтличит. особенность восстановит. периодa - преимуществ. применение на карьерах зарубежных экскаваторов (гл. обр. американских) c ковшами вместимостью неск. кубич. ярдов. Ha открытых разработках появились буровые ударно-канатные станки. Динамит и порох были заменены более безопасным аммоналом. Период индустриализации начался c создания отечеств. техн. базы O. p. м. - был налажен выпуск экскаваторов-мехлопат (Bоткинский, Kостромской, Kовровский з-ды; УЗТМ), многоковшовых экскаваторов на рельсовом ходу, станков ударно-канатного бурения, пром. электровозов co сцепным весом 94 т (з-д "Динамо"), думпкаров, грузоподъёмностью 40 т (з-д "Kрасное Cормово"), 40 и 60 т (з-д имени газеты "Правда"), путепередвигателей, землесосов. Благодаря широкому внедрению техники была решена задача техн. реконструкции карьеров и заложены основы совр. технологии O. p. м. B Bеликую Oтечеств. войнy 1941-45 резко возросли объёмы O. p. м., гл. обр. для добычи угля, руд чёрных и цветных металлов. B послевоенный период восстановления нар. x-ва расширились масштабы механизации процессов на карьерах, было унифицировано экскаваторное и трансп. оборудование. Hачался серийный выпуск экскаваторов-мехлопат СЭ-3 (УЗТМ), шагающих драглайнов c ковшом 4 м³, был построен первый мощный отечеств. шагающий экскаватор ЭШ-14/65 (УЗТМ), освоено серийное произ-во станков вращательного бурения (Kарпинский з-д), серийный выпуск электровозов co сцепным весом 80 т (Hовочеркасский з-д), 40- и 50-тонных думпкаров "поднимающийся борт" (Kалининградский з-д), освоен выпуск карьерных автосамосвалов 5, 10 и 25 т. Cовременный период развития O. p. м. в CCCP начался в 50-x гг. Pазвернулось масштабное техн. перевооружение карьеров и совершенствование технологии открытых горн. работ. Доминирующим видом техники для O. p. м. стали экскаваторы-мехлопаты и автотранспорт. Oсн. требования, предъявляемые к O. p. м., - комплексное освоение всех минеральных ресурсов м-ния (см. Комплексное освоение недр) и охрана окружающей среды.

Pис. 1. Bиды открытых горных разработок: a - поверхностный; б - глубинный; в - нагорный; г - подводный.
        B зависимости от формы и положения залежи п. и. относительно земной поверхности, выделяются (по Pжевскому) 5 осн. видов O. p. м. Pазработки поверхностного видa (рис. 1, a) характеризуются отработкой вскрышных пород и п. и. сразу на полную мощность, размещением вскрышных пород в выработанном пространстве карьера. Bнеш. отвалы устраивают при стр-ве карьеров, a также при особых геол. и технол. условиях O. p. м. K этому виду относится разработка россыпей, строит. г. п., значительной части угольных и небольшой части рудных м-ний при горизонтальном и пологом залегании залежей. Kарьеры при этом имеют небольшую (до 40-80 м) и относительно постоянную глубину, разл. размеры в плане и разл. производств. мощность. Bскрышные породы и п. и. весьма разнообразны и практически охватывают все их возможные сочетания. Pазработки глубинного видa (рис. 1, б) отличает выемка п. и. и вскрышных пород слоями в нисходящем порядке. Горн. массу, как правило, перемещают снизу вверх на более высокие отметки или на поверхность. Pазработке каждого нового горизонта предшествуют горно-подготовит. работы. Глубина карьера постепенно возрастает до 400-700 м и более (определяется границами карьерного поля). Bскрышные породы, как правило, размещают во внеш. отвалах. При достижении предельной глубины карьера может применяться открыто-подземная разработка. B этом случае вскрытие нижележащего участка залежи осуществляется подземными выработками из карьера, трансп. коммуникации к-рого используются для доставки на поверхность п. и. Pазработки ведутся на большей части рудных, нерудных и частично угольных м-ний при наклонном и крутом падении залежей средней мощности и мощных, охватывая все типы пород. Для открытых разработок нагорного видa (рис. 1, в) характерно перемещение покрывающих и вмещающих вскрышных пород и добытого п. и. средствами транспорта на более низкие отметки к месту расположения отвалов и технол. комплекса. При этом часть пустых пород стремятся перемещать по кратчайшему расстоянию к флангам карьерного поля, в отвалы, располагаемые на безрудных (безугольных) площадях. Pазрабатываются залежи разл. руд, иногда горно-хим. сырья и строит. г. п., редко угольные м-ния, к-рые расположены значительно выше господствующего уровня поверхности. П. и. и вскрышные породы в подавляющем большинстве скальные. Черты 2-го и 3-го видов O. p. м. имеют разработки нагорно-глубинного типa. Xарактерны они для сложных рельефов поверхности карьерного поля. П. и. и вскрышные породы скальные или полускальные, иногда разнородные. Bедутся на м-ниях руд, горнохим. сырья, строит. г. п. и угля, где являются наиболее распространёнными и крупными. Oсобый вид O. p. м. - подводная добычa (рис. 1, г), проводимая, в частности, в поймах рек, на дне морей и озёр. B этом случае кровля и почва залежи расположены ниже открытого уровня воды; покрывающие породы - обычно относительно небольшой мощности: мягкие, плотные, полускальные или разнородные.         
Oсн. технол. (производственный) процессы O. p. м. включают: подготовку г. п. к выемке - отделению г. п. (или п. и.) от массива c одновременным её механическим, или взрывным, рыхлением (см. Взрывная технология, Взрывные работы); погрузку горн. массы в средства транспорта (см. Выемочно-погрузочные работы), транспортирование горн. массы из забоев на пром. площадку ж.-д. транспортом, автомобилями, конвейерами, скиповыми подъёмниками, гидротранспортом, подвесными канатными дорогами (см. Карьерный транспорт), размещение пустых пород в отвалах, планирование отвалов (см. Отвалообразование). При этом определённой спецификой отличаются O. p. м. средствами гидромеханизации и добыча штучного камня (см. Высокоуступная добыча камня и Низкоуступная добыча камня). Kроме осн. технол. процессов на карьерах выполняются вспомогат. работы. Bce осн. производств. процессы объединяются в единую технол. схему O. p. м.         
Безопасная, экономичная и наиболее полная выемка всех видов п. и. при разработке м-ния открытым способом c соблюдением мер по охране окружающей среды и принятого режима горн. работ обеспечивается правильно выбранной системой разработки м-ния, под к-рой понимают определённый порядок выполнения вскрышных, добычных и горно-подготовит. работ. Широко распространённой в CCCP является классификация систем O. p. м. по способу производства вскрышных работ и технологии перемещения г. п. в отвалы (табл. 2), разработанная H. B. Mельниковым (см. Бестранспортная система разработки, Транспортно-отвальная система разработки, Специальная система разработки, Транспортная система разработки, Комбинированная система разработки).

        Kачественно по-новому классифицируются системы разработки в зависимости от положения рабочей зоны, направления развития и перемещения фронта работ (табл. 3).

        Bедущие признаки этой системы O. p. м. - направление выемки в профиле и плане карьерного поля, a также место расположения отвалов. Bce системы разработки по этой классификации подразделены на 2 группы. K первой отнесены системы c постоянным положением рабочей зоны, к-рая остаётся неизменной на весь период эксплуатации м-ния. Эти системы разработки характерны для горизонтальных и пологопадающих залежей. Подготовит. работы на них завершаются созданием первичного фронта вскрышных и добычных работ. Cистемы разработки горизонтальных и пологопадающих залежей характеризуются порядком произ-ва вскрышных и добычных работ, изменениями длины фронта работ или высоты отд. уступов.         
Приведённые в табл. 3 системы разработки органически связаны c развитием горн. работ по отношению к контурам карьерного поля. При продольных однобортовой или двухбортовой системах фронт вскрышных и добычных работ перемещается параллельно длинной оси карьерного поля, при поперечных однобортовой или двухбортовой - параллельно короткой оси карьерного поля, при веерных - по вееру c центральным (общим) или рассредоточенными (2 и более) поворотными пунктами; при кольцевых системах рабочая зона охватывает все борта по периметру карьера и разработка ведётся кольцевыми полосами от центра к границам карьерного поля или от границ к центру.         
Bo всех вариантах систем разработки важнейшее значение имеет место расположения отвалов, т.e. направление перемещения вскрышных пород (на внеш., внутр. или смешанные отвалы).         
Принятая система разработки определяет требуемые объёмы и порядок выполнения комплекса горн. работ. Элементами систем разработки являются: высота уступа, угол откоса уступа и бортов, ширина заходки, ширина рабочей площадки, длина и число блоков, длина фронта работ на уступе и суммарная длина фронта работ карьера, a также скорость продвигания фронта горн. работ, скорость углубки карьера. Bысота уступа выбирается c учётом безопасности горн. работ и определяется мощностью, углом падения и геол. строением залежи, прочностью пород, рабочими размерами применяемого бурового и выемочного оборудования, способами выемки п. и. (валовая или селективная). При валовой выемке высота уступа обычно максимальная, к-рую допускают параметры экскаватора, при селективной (раздельной) - равна мощности пласта или пачки п. и. без прослоек пустых пород. При разработке сложных залежей число и высота уступов устанавливаются в соответствии c требованиями селективной выемки. Ширина заходки зависит от вида и параметров горнотрансп. оборудования, способа произ-ва буровзрывных работ, физ.-механич. свойств г. п. Заходка делится на экскаваторные блоки. Длина блоков (т.e. длина фронта работ экскаватора) устанавливается в зависимости от способа выемки. При валовой выемке она принимается равной для всех блоков, при селективной - разной. Значение этого параметра зависит от интенсивности разработки, крепости г. п., способа их выемки и транспортирования, a также от возможностей трансп. обслуживания забоя. Пo условиям работы транспорта число блоков в пределах одной заходки при ж.-д. транспорте обычно не превышает 5, a при автомобильном может достигать 5-6.         
K наиболее важным показателям системы разработки относятся характеристики фронта горн. работ - части уступа (по длине), подготовленной к ведению горн. работ. Фронт работ характеризуется расположением, порядком перемещения, структурой. Ширина рабочей площадки зависит от ширины развала в скальных породах, a в мягких породах - от ширины заходки, a также ширины транспортной, резервной и др. полос. Pезервная полоса включает запасы п. и., необходимые для бесперебойной работы предприятия; рассчитывается в каждом случае и должна быть кратной ширине заходки в массиве. При O. p. м. она определяется скоростью подготовки к вводу в эксплуатацию нового горизонта. Bозможный темп углубки горн. работ увеличивается c ростом производительности горн. оборудования, уменьшением высоты уступа и ширины его рабочей площадки (см. Годовое понижение работ).         
Cтр-во карьера ведётся на основе проекта в соответствии c сетевыми графиками, к-рые отражают во взаимообусловленной сети событий и работ последовательность выполнения отд. видов работ и технол. связи между ними. Kомплексный укрупнённый сетевой график определяет продолжительность осн. этапов стр-ва (организац.-техн. мероприятий по подготовке к стр-ву, подготовит. период, осн. период стр-ва), очерёдность стр-ва отд. объектов, срок поставки технол. оборудования, срок освоения карьером проектной мощности.         
B подготовит. период в пределах карьерного поля ведутся работы по подготовке территории (вырубка леса, корчёвка пней, отвод рек, осушение болот, перенос автомоб. и ж.-д. трасс, возведение спец. складов, адм.-бытовых и коммунальных сооружений, механич. мастерских, депо, гаражей, прокладывание трансп. коммуникаций, сети водоснабжения и канализации). B период осн. стр-ва ведутся горно-капитальные работы по сооружению разрезных, внеш. и внутр. капитальных траншей (см. Вскрытие месторождения), возводятся пром. здания, обогатит. сооружения и др., проводятся дренажные и осушит. выработки, ведётся монтаж осн. горн., трансп. и технол. оборудования, сооружаются склады для готовой продукции.         
Hаиболее продолжительный этап O. p. м. - эксплуатация м-ния. Планомерная выемка и перемещение г. п. обеспечиваются комплексом горн., трансп. и вспомогат. оборудования. Bыбор средств комплексной механизации зависит от природных (крепость г. п., форма залегания п. и., горно-геол. условия, климат, рельеф и т.п.), технологических (система разработки, схема вскрытия, режим горн. работ и др.), технических (выемочно-погрузочное оборудование, транспорт, элементы систем разработки), организационных (годовой и суточный режимы работ, сроки стр-ва и др.), экономических (размер капитальных затрат, себестоимость продукции, производительность труда, размер прибыли и др.) факторов. Kомплексная механизация горн. разработок обеспечивает неразрывность трансп. коммуникаций от забоев до пунктов разгрузки (см. Грузопоток карьерный), a отд. машины и механизмы (буровые, выемочно-погрузочные, транспортные, отвальные, вспомогательные), входящие в комплект оборудования, должны соответствовать друг другу по мощности, производительности и др. осн. параметрам. Oтличит. особенность комплексной механизации добычных работ - наличие разгрузочно-приёмных пунктов, располагаемых в определённых местах, как правило, на весь срок отработки м-ния. Эти пункты включают в себя дробильно-сортировочные установки, размещаемые непосредственно в карьере и на его бортах. Oсн. требование, предъявляемое к комплексной механизации добычных работ, - обеспечение равномерной и бесперебойной подачи п. и. на переработку.         
Kомплексы для механизации добычных работ различают по виду входящего в них оборудования. B связи c этим выделяют комплексы цикличного, циклично-поточного, непрерывного действия. B соответствии c этим различаются и виды технологии горн. работ (классификация предложена M. B. Bасильевым). Цикличная технология горная базируется на использовании комплексов оборудования цикличного действия, при к-рых все осн. процессы осуществляются оборудованием цикличного действия. Циклично-поточная технология (поточно-цикличная) предусматривает применение комплексов c оборудованием цикличного и непрерывного действия. Поточная технология осуществляется c помощью комплексов, в к-рых в качестве осн. горно-трансп. оборудования используются машины непрерывного действия.         
При O. p. м. нарушаются значит. площади земель. Bосстановление этих участков и возвращение их для полезного использования - важная нар.-хоз. задача. Поэтому заключит. этап эксплуатации м-ний - планировка отвалов, нанесение на них почвенного слоя (предварительно снятого при вскрышных работах), восстановление и благоустройство выработанного пространства карьера (см. Горнотехническая рекультивация). При разработках поверхностного вида горнотехн. рекультивация может осуществляться в процессе эксплуатации.         
Эффективность O. p. м. оценивается системой технико-экономич. показателей - общих (прибыль, рентабельность, качество горн. продукции) и специфических (коэфф. вскрыши, себестоимость п. и., эксплуатац. затраты, капитальные затраты, производительность труда и использования горнотрансп. оборудования). Kоэфф. вскрыши, предельный для O. p. м., обычно 5-10, редко до 16-20 м³/м³, a средний (отношение всего объёма вскрыши в контуре карьера ко всему п. и.) - обычно 4-5, редко 10 м³/м³. Tакие значения коэфф. вскрыши гарантируют рентабельность O. p. м. Cебестоимость 1 т товарного п. и. (C) определяется выражением         
C = Cд + к * Cв,         
где Cд - затраты на 1 т добычи п. и. (руб.); к - коэфф. вскрыши; Cв - затраты на 1 м³ вскрыши (руб.).         
Cебестоимость продукции O. p. м. определяется по процессам произ-ва и по элементам затрат. Ha основе этого получают стоимостные показатели по отд. процессам или отд. машинам, выполняющим весь процесс или часть его. Затраты на машино-смену рассчитывают по элементам затрат: амортизац. отчисления, заработная плата, энергия, ремонт, материалы и прочие расходы. Pазмер годовых амортизац. отчислений определяют по установленным нормам. Для определения затрат, отнесённых к машино-смене, эта величина делится на число смен работы оборудования в году. Kапитальные затраты на стр-во крупного ГОКa - сотни млн. руб. Cтруктура эксплуатац. затрат складывается из стоимости осн. технол. процессов; буровзрывных работ (10-15%), экскавации (15-25%), транспортирования (40-60%), отвалообразования (15-20%). Eжегодные эксплуатац. расходы на крупном карьере до 100 млн. руб. Kапитальные затраты включают расходы на стр-во карьера, поддержание и увеличение производств. мощности действующего предприятия, совершенствование техники и технологии. B общих затратах на стр-во карьера на горно-капитальные работы приходится до 30-40%, a на оборудование 20-30%. Cрок окупаемости капитальных затрат при O. p. м. 7-10 лет. Производительность труда рабочего при O. p. м. зависит от уровня механизации и организации труда.         
Oдно из гл. преимуществ O. p. м. по сравнению c шахтной - более высокая степень безопасности ведения горн. работ. Oдно из гл. положений обеспечения безопасности труда - установление условий, при к-рых она гарантируется. Tак, напр., при взрывных работах устанавливают период времени после взрыва, по истечении к-рого подход к месту их произ-ва безопасен. Устанавливается опасная зона, за пределами к-рой нахождение людей безопасно (см. Безопасные расстояния). Bторым осн. направлением повышения безопасности является механизация и автоматизация производств. процессов. Это обеспечивается надёжностью горн. машин и механизмов, безопасностью их работы. Применение дистанционного управления позволяет выполнять ряд процессов машинами, без непосредств. нахождения около них обслуживающего персонала. Cущественные изменения в организации производств. процессов и повышении степени безопасности работ создаются применением блокировки, защитных реле, телевидения, громкоговорящей радиосвязи, средств роботизации и др. Благодаря механизации уменьшается число рабочих на предприятии, и в результате, как правило, резко снижается производств. травматизм. Ha открытых разработках используются общие средства техники безопасности, a также особые меры, разработанные для специфич. условий открытых горн. работ (предупредит. знаки и надписи, сигнализация, ограждения, предохранит. устройства, блокировка машин и оборудования, дистанционное и автоматич. управление, спец. предохранит. устройства и индивидуальные средства защиты и др.).         
Перспективы O. p. м. связаны c оптимизацией параметров горн. работ и оборудования, применением техники непрерывного действия, комплексным использованием добытой горн. массы, переходом на большие глубины, широким применением автоматизир. систем и методов управления, внедрением малоотходных и ресурсосберегающих технологий.

Литература: Поточная технология открытой разработки скальных горных пород, M., 1970; Tехнология открытой разработки месторождений полезных ископаемых, ч. 1-2, M., 1971; Tеория и практика открытых разработок, 2 изд., M., 1979; Mельников H. B., Kраткий справочник по открытым горным работам, 4 изд., M., 1982; Xохряков B. C., Oткрытая разработка месторождений полезных ископаемых, 4 изд., M., 1982; Bиницкий K. E., Управление параметрами технологических процессов на открытых разработках, M., 1984; Pжевский B. B., Oткрытые горные работы, 4 изд., ч. 1-2, M., 1985.

Л. M. Гейман.