Открытая горная технология

ОТКРЫТАЯ ГОРНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ (а. surface mining technology, opencast mining technology; н. Tagebautechnologie, Tage- bauverfahren; ф. technologie miniere а ciel ouvert; и. tecnologia minera а cielo abierto) — научная дисциплина об открытом способе разработки месторождений полезных ископаемых; входит в систему горных наук. Открытая горная технология решает задачи рациональной выемки полезных ископаемых и вмещающих пород, их погрузки и перемещения в пределах карьерного поля, внутрикарьерного усреднения, формирования отвалов, рекультивации нарушенных земель. Для решения задач открытой горной технологии используются моделирование, промышленные эксперименты, графические и аналитические методы с применением ЭВМ. Открытая горная технология связана с геологическими науками, горной геомеханикой, горным машиноведением, математикой, физикой, экономикой и др.

Как научное направление открытая горная технология формируется с середины 20-х годов 20 века. Этому способствовали создание производительной горной техники и расширение области применения открытого способа разработки. К числу первых аналитических исследований относятся установление рациональной высоты уступов применительно к криворожским карьерам (Л. Д. Шевяков, 1924), создание методов определения границ карьера (М. И. Гоберман, 1927; А. И. Стешенко, 1927-30). Научные обобщения опыта открытых горных работ завершились созданием первого в мировой литературе двухтомного учебника для вузов по открытой разработке месторождений (А. П. Зотов, 1932). Создаётся первая классификация систем открытой разработки (Е. Н. Барбот де Марни, 1934). В связи с широким внедрением электрических экскаваторов важное значение приобретает электроснабжение карьеров. Научные обобщения в этой области выполнил С. А. Алаторцев (1934-35). Широкие исследования разрушения и транспортирования горных пород силой водного потока были проведены в 30-е гг. (см. ст. Гидромеханизация). С расширением номенклатуры серийно выпускаемых экскаваторов и появлением экскаваторов непрерывного действия важное значение приобрели научные труды в области экскавации (П. И. Городецкий, Е. Ф. Шешко, Н. Г. Домбровский, А. П. Зотов и др.).

В Великую Отечественную войну 1941-45 утвердилось направление по созданию карьеров значительной мощности при большой конечной глубине. К этому периоду относится первая фундаментальная работа по теории карьерного вскрытия месторождений (Шешко), разрабатывается аналитический метод определения границ открытых работ (Городецкий). Важное значение имело создание первых правил технической эксплуатации месторождений открытым способом (Н. В. Мельников и др.). Развитию разработки россыпей способствовало обоснование технологии экскаваторной разработки россыпей (С. М. Шорохов).

В послевоенный период открытая горная технология выделяется в крупную научную дисциплину, чему способствовали издание учебника Шешко "Разработка месторождений полезных ископаемых открытым способом" и создание теоретически обоснованной и получившей широкое признание классификации систем открытой разработки (1946). В конце 40-х гг. выполнены крупные исследования в области экскаваторных работ (Домбровский, А. С. Фиделев и др.). Мельников предлагает классификацию систем открытой разработки по способу производства вскрышных работ (1952). Получают развитие исследования по определению границ карьера (Л. Д. Шевяков, Городецкий, П. Э. Зурков, Б. П. Боголюбов и др.).

Фундаментальные исследования по расширению области применения открытого способа добычи полезных ископаемых позволили перейти к разработке крупными карьерами уникальных месторождений (KMA, Казахстан, восточной Сибирь, Кольский п-ов и др.), способствовали созданию нового горного и транспортного оборудования, оптимизации процессов открытых работ (Мельников, М. В. Васильев, К. Е. Виницкий, А. Г. Красников, Б. А. Симкин и др., 1954).

В области определения границ открытых работ крупные исследования выполнили В. В. Ржевский (графоаналитический метод) и А. И. Арсентьев. В начале 50-х годов Ржевским введено понятие о режиме горных работ в карьерах. Разрабатываются методы математического моделирования месторождений и параметров систем разработки (Виницкий, Н. Б. Табакман, Э. И. Реентович), создается классификация методов моделирования и методика создания модели с помощью динамического программирования. В конце 50-х годов цикл работ был посвящён созданию методологии определения производительности карьера (Городецкий, Виницкий, Б. П. Юматов, Арсентьев и др.). Проводится капитальное исследование по глубоким карьерам (М. Г. Новожилов, Б. Н. Тартаковский). Исследование календарных графиков вскрышных работ позволило развить теорию поэтапной разработки карьерных полей (Ржевский, В. С. Хохряков, А. Н. Шилин, Б. П. Юматов и др.).

В начале 60-х годов под руководством Мельникова и Ржевского складываются советские научные школы в области открытой разработки месторождений полезных ископаемых, которые широко используют достижения фундаментальных наук — математики, физики, химии. В области теории проектирования карьеров установлены принципы рационального развития горных работ и выбора способа вскрытия (Арсентьев, Ржевский, Новожилов, В. Г. Близнюков и др.). Научно обосновывается циклично-поточная технология открытых горных работ (Шилин и др.), разрабатываются технологические схемы проведения капитальных и разрезных траншей с применением техники непрерывного действия (Новожилов, Тартаковский).

Разрабатываются научные основы раздельной отработки сложных забоев (Боголюбов, Юматов, Г. Г. Ломоносов, Ф. Г. Грачёв и др.). Проводятся обобщающие исследования в области теории систем разработки (Мельников, А. И. Ястребов, Виницкий, А. М. Шарков, М. В. Васильев, Тартаковский, Б. А. Симкин, М. И. Щадов и др.).

Большое значение в 60-е годы имело создание теоретических основ применения технологических схем разработки железных руд на глубоких горизонтах карьеров Кривбасса (Новожилов, Тартаковский, Арсентьев, Э. И. Ефремов и др.). Ведутся исследования по устойчивости бортов карьеров, использованию способа обрушения уступов (Г. В. Родионов, Г. Л. Фисенко, А. Г. Шапарь, М. А. Ревазов, М. Е. Певзнер и др.). Проведены исследования комбинированной (открытой и подземной) разработки месторождений (Юматов, В. А. Щелканов, В. В. Куликов и др.), рациональной технологии горных работ на карьерах Севера (Ржевский, Арсентьев, Ю. И. Анистратов, Р. С. Пермяков и др.), по технологии с мобильной техникой (К. Н. Трубецкой, Васильев и др.).

В конце 60-х гг. проведены исследования по рекультивации земель, нарушенных открытыми разработками. В 70-е гг. предложено рассматривать комплексную механизацию в карьере по технологическим потокам (Ю. И. Анистратов). Проведено исследование по определению взаимоувязанных параметров горных машин с процессами открытой разработки (П. И. Томаков). Предложено рассматривать карьер как единую систему, в которой основным параметром является объём подготовленной к выемке горной массы (Ю. П. Астафьев). Разработаны научные способы, основы и технологические параметры для управления качеством минерального сырья в карьере (Ломоносов, Грачёв, П. П. Бастан, М. Г. Новожилов и др.). Проведено научно-исторические обобщение исследований в области открытой разработки рудных месторождений (В. А. Боярский).

Ведутся исследования в области подготовки горной массы (см. Бурение, Взрывная технология), выемки (см. Экскавация), транспортирования (см. Карьерный транспорт), отвальных работ.

Благодаря исследованиям в области открытой горной технологии разработаны научные методы проектирования карьеров на основе геометрического анализа развития горных работ и исследований их режимов, обоснования объёмов горно-капитальных работ, поэтапности освоения производственных мощностей карьеров. Решены вопросы интенсификации вскрытия карьерных полей (в т.ч. глубоких залежей; Ю. И. Анистратов). Созданы методы расчётов элементов карьера при поточной и циклично-поточной технологии и заложены научные основы этих технологий.

Определены научные основы рекультивации нарушенных земель, концентрации и специализации производства, совершенствования управления с применением ЭВМ.

В CCCP исследования по открытой горной технологии ведутся в Институте проблем комплексного освоения недр, Институте горного дела CO Академии Наук CCCP, Горном институте Кольского филиала Академии Наук CCCP, Институте физики и механики горных пород Академии Наук Киргизской CCP, Институте геотехнической механики Академии Наук УССР, Институте горного дела Академии Наук Казахской CCP, Институте горной механики Академии Наук Грузинской CCP, Институте горного дела им. А. А. Скочинского, Институте открытых горных работ (Челябинск), Институте горно-химического сырья (Люберцы Московская область), Институте горного дела (Свердловск) и др., а также в Московском, Ленинградском, Свердловском, Днепропетровском, Криворожском учебных институтах горного профиля и в Московском геологоразведочном институте.