В 2010 году люди во всем мире были прикованы к истории о 33 шахтерах в Чили, застрявших на глубине 2300 футов (700 метров) в медно-золотом руднике. Шахтеры провели там более двух месяцев, доставляя еду, воздух и письма от близких через буровые холмы, пробуренные к их местонахождению в охраняемом рабочем помещении. Тем временем крупномасштабное бурение аварийной шахты продвигалось медленно. Наконец, на 69-й день спасатели подняли каждого из шахтеров живыми.
Эта сага напомнила недобывающему миру обычно невидимую правду. Глубоко под поверхностью Земли находятся одни из самых страшных фабрик в мире: подземные шахты.
Подземные шахты являются альтернативой наземным шахтам. Поверхностные шахты выкапывают сверху вниз, метод, который может стать неэффективным на глубинах более 200 футов (60 метров). Подземные угольные шахты могут проникать в землю на 2 500 футов (750 метров), а другие типы еще глубже - урановые шахты могут достигать 6 500 футов или 2 километров. Но эти глубины экстремальны; самая верхняя (или нижняя) часть находится на высоте около 1000 футов (300 метров).
Горное дело сильно изменилось по сравнению с представлениями о 19 веке, когда люди с лопатами таскали за собой канареек, чтобы убедиться, что подземный воздух не токсичен. Современные шахты оснащены обширными системами вентиляции и водоотведения, высокотехнологичными сетями связи и все более компьютеризированными машинами, которые сокращают количество людей, необходимых под землей.
Все подземные шахты имеют некоторые общие важные компоненты: вентиляционные шахты для удаления токсичных паров от буровзрывных работ; пути эвакуации; шахты доступа для спуска рабочих и оборудования; рудотранспортные тоннели; восстановительные шахты для выноса выкопанной руды на поверхность; и системы связи для отправки информации туда и обратно между поверхностью и глубинами.
Однако нет двух одинаковых шахт. Применение технологий и основные решения по проектированию и методу добычи основаны на таких соображениях, как тип добываемой руды, состав окружающей породы, форма и ориентация рудного месторождения, геологические особенности под землей и простая экономика.
И, в самом начале процесса, определение жесткости или мягкости.
Подземная добыча полезных ископаемых
Есть подземные шахты с твердыми породами, а есть подземные шахты с мягкими породами. Угольные месторождения, например, живут в относительно мягких осадочных породах. Месторождения золота находятся в магматических или метаморфических породах, которые относительно тверды, как и алмазы, медь, серебро, никель и цинк.
Даже в категории хард-рок методы проектирования и добычи различаются, но почти все они основаны на нескольких основных методах:
Room and Pillar- Для относительно плоских месторождений руды с небольшими перепадами высот горняки бурят пандус доступа к месторождению и удаляют руду в виде ряда отверстий (комнаты) и опоры крыши (столбы). Комнаты могут быть выкопаны с использованием обычных методов заряда и взрыва или, что чаще встречается сейчас, с помощью машины, называемойнепрерывным шахтером., возможно, от 20 до 30 футов (от 6 до 9 метров), оставив на месте каменный столб для поддержки «крыши». Машина перемещается по руде, создавая комнаты и столбы, пока не будет покрыто все месторождение. Последний проход просверливает столбы, чтобы извлечь там руду, позволяя крышам рухнуть позади машины, когда она покидает каждую комнату.
Cut and Fill- Для относительно узких рудных месторождений горняки бурят рампу, примыкающую к рудному месторождению, от поверхности вниз до самой низкой точки месторождения. Затем оператор пробивает руду буром, создаваядрейфили горизонтальный разрез от одной стороны залежи к другой. В самой твердой породе не требуется опоры для кровли; в более мягких породах болты могут быть помещены в крышу по ходу бурения. После завершения штрекаобратная засыпка или отходы распределяются по открытому штреку, создавая платформу для следующего прохода. Буровая установка проходит поверх этой засыпки, чтобы пробить еще одну выработку в руде. Это продолжается до тех пор, пока бур не прорежет проход через верхнюю часть залежи руды.
Этот метод можно использовать и на более широких месторождениях путем бурения двух смежных пандусов и вырезания двух смежных штреков, часто называемыхштреком и насыпью.
Cut and fill предназначен для хард-рока, так как он не имеет поддерживающих механизмов, присущих и центральных для такого метода, как комната и колонна. С другой стороны, камерно-столбовой подход легко пересекается с более мягким материалом и большинством угольных шахт.
Майнинг оптом: обрушение блоков
Наименее распространенный метод добычи твердых пород,блочное обрушение,обычно сохраняется для руды с низким содержанием. Он включает в себя бурение участка руды на самом дне месторождения, а затем взрывные работы, чтобы обрушить кровлю. Затем вступает в действие сила тяжести, поскольку руда над местом взрыва последовательно разрушается и обрушивается по мере удаления опоры. Обрушившуюся руду вывозят из шахты для переработки.
Подземная добыча мягких пород
Уголь, соль, уран, фосфаты и горючие сланцы обитают в мягких породах, и существует два основных метода добычи мягких пород: лавой и камерно-столбовой. Большая часть угля добывается с использованием камерно-столбового метода, описанного ранее. Однако популярность добычи длинными забоями стремительно растет.
Добыча длинными забоями чрезвычайно эффективна. Вместо того, чтобы бурить рудную залежь, очистная машина прорезает ее, срезая куски длиной до 600 футов (182 метра). Эти ломтики падают прямо на непрерывно движущийся конвейер, который доставляет их к откачивающей шахте, которая поднимает их из шахты. При добыче длинными забоями крепи крепи встроены в машину и располагаются между верхом комбайна длинным забоем и крышей помещения. По мере того, как машина продвигается в руду, опоры перемещаются вместе с ней, позволяя области позади нее разрушаться и заполнять выкопанную область.
Метод добычи длинными забоями позволяет извлекать до 90 процентов доступной руды. Помещенный подход обычно восстанавливает около 50 процентов.
При относительно узком месторождении руды делаются более короткие разрезы. Этот вариант называетсядобыча в коротких забоях.
Техника старой школывзрывной добычи, которая использует взрывчатые вещества, такие как тротил, для разрушения руды, все еще используется, но едва ли - менее 5 процентов добычи в США..
Подземная добыча полезных ископаемых становится все более эффективной. Это требует меньше человеческого труда, что подвергает опасности меньше горняков, поскольку они работают глубоко под землей. Тем не менее, подземные шахты - не самое безопасное место.
Опасности при подземной добыче полезных ископаемых
Подземная добыча полезных ископаемых наносит значительный ущерб окружающей среде. Сюда входят загрязнение воздуха, изменения в характере водного потока, просачивание химикатов и газов в водоемы и почву, труднодоступные пожары в заброшенных шахтах и резкие изменения в составе земель, которые могут сделать территорию непригодной для использования после завершения горных работ.
Тогда есть человеческие жертвы. Большинство несчастных случаев на шахтах не привлекают особого внимания средств массовой информации, особенно те, которые связаны с небольшим количеством жертв или происходят в развивающихся странах. В 2010 году почти 2 500 китайских горняков погибли на работе, и ни один из них не связан с «крупными авариями».
Тот год был ужасным для майнинга в целом. В Соединенных Штатах в результате аварии на шахте в Западной Вирджинии погибли 29 человек, столько же погибло в результате несчастного случая в Новой Зеландии. В Чили 33 горняка были спасены в результате драматического инцидента, описанного ранее, но еще 45 погибли в других авариях в том же году.
Многие несчастные случаи происходят, когда опоры шахты рушатся из-за подземных толчков. Взрывы также приводят к человеческим жертвам, когда вентиляционные системы не могут эффективно удалять выхлопные газы горнодобывающего оборудования, угольную пыль и утечки природного подземного газа. Взрывные работы могут воспламенить эти газы, что приведет к гибели людей как от самих взрывов, так и от последующего обрушения конструкций шахты; взрыв метанового газа убил 29 шахтеров в Западной Вирджинии.
Долгосрочные проблемы со здоровьем также являются серьезным риском для работы. Постоянное вдыхание минеральной пыли может привести к легочным заболеваниям, таким как пневмокониоз или страшная черная болезнь легких. Вдыхание сварочного дыма, радона или ртути (часто встречающихся в шахтах) также вызывает респираторные заболевания. Также распространены потеря слуха из-за шумного оборудования и травмы спины при подъеме тяжестей.
В настоящее время в большинстве стран действуют законы и правила, направленные на решение вопросов безопасности и защиты окружающей среды. Некоторые требуют, чтобы горнодобывающая компания вернула заминированный участок в исходное состояние. Другие требуют, чтобы шахты регулярно инспектировались, чтобы гарантировать их безопасность. А новые методы добычи полезных ископаемых также уменьшили число погибших. В США в начале 1900-х годов в горнодобывающей промышленности ежегодно гибли тысячи людей в результате несчастных случаев. В 1990-х годах это число упало примерно до сотни в год, а в 2012 году - всего до 35 человек. В 2002 году в Китае погибло 7 000 горняков, а в 2010 году - 2 500 человек.
Хотя в развитых странах безопасность определенно повысилась, в некоторых развивающихся странах еще предстоит пройти долгий путь. Но мы можем увидеть день, когда подземные шахты перестанут быть одними из самых страшных фабрик на Земле. Где угодно.
Часто задаваемые вопросы
Что подразумевается под подземной добычей?
Подземная добыча - это метод добычи полезных ископаемых и руд, извлекаемых из земли через туннели или шахты.
Примечание автора: как работает подземная добыча полезных ископаемых
Важно знать, что многие из улучшений безопасности, которые я отметил как улучшение «современных шахт», относятся в основном к добыче полезных ископаемых первого мира. Уровень смертности в Китае, который значительно снизился в последние годы, по-прежнему исчисляется тысячами, что намного превышает двузначные цифры, зарегистрированные в большинстве западных и развитых стран. На социально-экономическом фронте я сделал несколько выводов из своего исследования: серьезная безопасность требует серьезного финансирования, а во многих развивающихся странах его просто нет; что забота о минной безопасности, по-видимому, пропорционально связана с заботой о правах человека; и что даже те австралийские подземные шахтеры, получающие шестизначные зарплаты, не зарабатывают достаточно.