Карьер

КАРЬЕР (франц. carriere, от позднелат. quarraria, quadraria — каменоломня * а. quarry, pit; н. Tagebau, Grube, Tagebaubetrieb; ф. mine а ciel ouvert, carriere; и. cantera) — горное предприятие по добыче полезных ископаемых открытым способом; карьером называется также совокупность выемок в земной коре, образованных при добыче полезных ископаемых открытым способом. В СССР применительно к карьеру по добыче угля используется термин "разрез".

Открытые горные работы известны с эпохи палеолита. Первые крупные карьеры появились в связи со строительством в Древнем Египте пирамид; позднее в античном мире в карьерах в больших масштабах добывался мрамор. Расширение области применения открытого способа разработки при помощи карьеров сдерживалось вплоть до начала 20 века отсутствием производительных машин для выемки и перемещения больших объёмов вскрышных пород. В начале 80-х годов в мире посредством карьеров добывается 95% строительных горных пород, около 70% руд, 90% бурых и 20% каменных углей. Масштабы добычи в карьерах достигают десятков млн. т в год (табл.).

Ведение открытых горных работ на больших глубинах отличается рядом особенностей (см. Глубокий карьер). Большая специфика характерна и для карьеров, действующих на больших высотах в горах (см. Высокогорный карьер). Карьер представляет собой систему уступов (обычно верхние — породные или вскрышные, нижние — добычные, редко породные), подвигание которых обеспечивает выемку горных масс в контурах карьерного поля (рис. 1).

Транспортные связи в карьерах обеспечиваются постоянными или скользящими съездами, а с поверхностью — траншеями. В процессе эксплуатации происходит перемещение рабочих уступов, вследствие чего увеличивается выработанное пространство. Посредством вскрышных работ покрывающие породы перемещаются в отвалы, иногда размещаемые в выработанном пространстве, добычные работы обеспечивают выемку и перемещение полезных ископаемых на промышленную площадку для первичной переработки или для отгрузки потребителю. Так формируются основные грузопотоки в карьерах, во многом определяющие его облик и технологические особенности.

При глубине карьера до 100 м с крепкими вмещающими породами в себестоимости 1 м³ вскрыши до 25-30% занимают буровзрывные работы, 12-16%-экскавация, 35-40%-транспорт и 10-15% — отвалообразование; с увеличением глубины карьеров доля расходов на транспорт увеличивается до 60-70%. Современные карьеры — высокомеханизированные предприятия, оснащённые производительными машинами и механизмами для дробления, выемки, транспортирования и складирования горных пород. Применительно к крупным карьерам определяющим является мощное горное и транспортное оборудование. Для бурения взрывных скважин применяют тяжёлые буровые станки (шарошечные с удалением буровой мелочи сжатым воздухом) массой до 100-130 т, развивающие усилие на долото 60-70 тс (диаметр скважин до 300-450 мм), лёгкие буровые станки. Основной тип взрывчатых веществ — гранулированные аммиачно-селитренные гранулиты (бестротиловые простейшего состава), граммониты (смесь селитры с тротилом) и водонаполненные (в обводнённых скважинах). Механическое рыхление осуществляется рыхлителями, мощность которых достигла 735 кВт, а масса 130 т. Электрические экскаваторы с канатным приводом и ковшом вместимостью 15-30 м³ при длине стрелы до 26 м — основное выемочно-погрузочное оборудование на добыче угля и руды. Одновременно широко распространяются гидравлические прямые мехлопаты с ковшами вместимостью 10-38 м³. Совершенствуются одноковшовые погрузчики различных моделей с ковшами вместимостью 4-20 м³, массой от 25 до 180 т и приводом мощностью от 184 до 1040 кВт; основная часть моделей — с шарнирно-сочленёнными рамами, поворачивающимися на 35-45°. На вскрышных работах внедряются всё более мощные мехлопаты и драглайны (применяется вскрышная мехлопата массой 12 тысяч т с ковшом вместимостью 135 м³ при мощности привода 22 тысяч кВт и драглайн массой 12 тысяч т с ковшом вместимостью 168 м³ при длине стрелы 92 м).

Поточная технология на карьерах достигается применением роторных экскаваторов (при диаметре ротора 22 м и ковшах вместимостью 6,6 м³ суточная производительность машины до 240 тысяч м³). На карьерах средней и малой мощности высокую эффективность показывают т.н. компактные роторные экскаваторы с уменьшенными рабочими параметрами. На карьерах с крепкими породами наибольший объём перевозок осуществляется тяжёлыми автосамосвалами. Автосамосвалы грузоподъёмностью 100-155 т являются распространённым средством транспорта благодаря манёвренности, возможности преодолевать крутые уклоны. В эксплуатации находится некоторое число 200-тонных самосвалов и самый большой — грузоподъёмностью 318 т. Для транспортирования горных масс из карьеров применяются железнодорожные тяговые агрегаты сцепной массой 360 т, думпкары грузоподъёмностью до 180 т. Создан отвалообразователь для применения по транспортно-отвальной системе разработки производительностью 12,5 тысяч м³/ч с длиной стрелы 220 м. Высокую производительность и благоприятные условия рекультивации обеспечивает комплекс оборудования, включающий ленточные конвейеры и перегружатели. На карьерах средней производственной мощности применяются самоходные карьерные дробилки на гусеничном, колёсном и шагающе-рельсовом ходу с массой до 600 т и часовой производительностью 5 тысяч т. Использование в карьерах дробильных агрегатов позволяет перейти к более широкому использованию конвейерных систем транспортирования.

Электроснабжение карьеров осуществляется по воздушным линиям через карьерные подстанции напряжением 6-10 тысяч вольт. Для питания вспомогательной техники и освещения карьеров в рабочей зоне используются передвижные трансформаторные киоски. На карьерах, особенно глубоких, при больших притоках подземных вод применяется осушительная система с помощью скважин, пробуренных с поверхности вокруг карьера или из подземных горных выработок (см. Дренаж). Помимо осушения на карьерах производится ограждение от поверхностных и просачивающихся в карьеры вод.

Созданы автоматизированные системы перспективного, текущего и оперативного планирования горных работ в карьерах по всем технологическим процессам, включая рекультивацию земель, нарушенных открытыми горными работами. Для определения конечных границ и производительности карьеров применяют ЭВМ. В компьютерную систему закладываются данные условий залегания, информация о мощности вскрышных пород, другие геологических факторы, экономические показатели (плановая производительность карьера, капитальные вложения, стоимостные данные), требования по охране окружающей среды.

В связи с большим масштабом горных работ и глубиной карьеры изменяют циркуляцию масс воздуха (холодный воздух "стекает" в карьер), создают особый микроклимат (см. Проветривание карьеров).