Понятие о полезных ископаемых и их классификация

         С развитием техники состав неметаллических полезных ископаемых непрерывно пополняется за счёт вовлечения в промышленное освоение горных пород и минералов, ранее не используемых в промышленности (перлит, волластонит, гусевский камень и др.).

 

 

1.3.4.Драгоценные полудрагоценные  полезные ископаемые

 

     Драгоценные камни — минералы, которые обладают красивым внешним видом (как правило, только после полировки или огранки) и при этом достаточно редки, а как следствие и дороги. Их широко используют для производства ювелирных изделий, собирают в коллекциях, используют как банковские активы. Трудно отличимые на вид имитации большинства драгоценных камней изготавливаются искусственно, имитации или подделки многих драгоценных камней делались ещё во времена Древнего Рима (в наши дни такие синтетические камни и имитации самоцветов весьма популярны, так как стоят намного дешевле). В 1902 году французский химик М. А. Вернейль впервые получил и начал поставлять на мировой рынок синтетические рубины, а чуть позже синтетические сапфиры и синтетическую шпинель. Появление большого количества синтетических камней не снизило, а, наоборот, повысило значение и стоимость натуральных, природных самоцветов. Менее редкие минералы часто называют полудрагоценными.

 Изучением драгоценных камней как минералов и поисками способов их точного распознавания от синтетических подделок занимается раздел минералогии, называемый геммология.

     В России принято разделять камни, используемые для ювелирных украшений и для производства камнерезных изделий, на три группы: ювелирные (драгоценные) камни; поделочные камни, предназначенные для производства камнерезных изделий (шкатулок, пепельниц и т. п.), и промежуточную группу ювелирно-поделочных камней. Общепринятой классификации, четко разделяющей драгоценные и полудрагоценные камни, нет. В соответствии с федеральным законом от 26 марта 1998 г. N 41-ФЗ "О драгоценных металлах и драгоценных камнях" (ст.1) драгоценные камни - природные алмазы, изумруды, рубины, сапфиры и александриты, а также природный жемчуг в сыром (естественном) и обработанном виде.

 

1.4.Добыча полезных ископаемых

 

     Существуют различные способы добычи полезных ископаемых.

     Минеральные ресурсы, которые находятся на поверхности земной коры или же залегают неглубоко в недрах, добываются открытым способом. Открытый способ добычи полезных ископаемых представляет собой процесс создания на месторождении котлованов, которые называются разрезами или карьерами. Размеры таких разрезов и карьеров зависят от обширности месторождения и глубины залегания полезных ископаемых. При помощи открытого способа в основном добывают сырье, используемое для строительства: известняк, песок, мел и тому подобное. Также открытым способом добывают торф, некоторые виды угля, также железные и медные руды.

     Твердые полезные ископаемые, которые залегают на большой глубине в недрах земли, добывают с помощью сооружения подземных шахт. Чаще всего таким способом добывается уголь. Шахтный способ добычи полезных ископаемых считается наиболее опасным для жизни сотрудников таких предприятий.

     Полезные ископаемые жидкого и газообразного типа извлекают из земли путем бурения специальных скважин, откуда полезные ископаемые поступают на поверхность по трубам. Для добычи полезных ископаемых определенного вида используют дополнительные методы. К примеру, для добычи соли ее растворяют под землей путем подачи в скважину воды. А такое сырье, как сера, предварительно расплавляется под действием горячего пара, подающегося через скважину.

     Даже при добыче некоторых цветных металлов в горнодобывающем деле используется вода, точнее примеси из подземных вод. Именно таким образом добывается литий – его находят в подземных водах, где он растворен и находится в минеральной оде в виде соединений. Также можно встретить месторождения подземных вод, из которых осаждают медь. Ярким таки примером является Дегтярский рудник на Урале. Медь растворяется в подземных водах под действие бактерий, способных растворять соединения меди с серой, превращая их в медный купорос.

     Такое сырье, как германий, по мнению многих специалистов, выгодно добывать из переработок тепловых  электростанций, точнее из их золы.

     Ежегодно разрабатываются новые способы добычи полезных ископаемых. Развитие современных технологий способствует появлению новых методов и оборудования для добычи тех или иных полезных ископаемых.

 

1.4.1.Карьерный способ, добычи полезных ископаемых

 

     Основные технологические операции разработки, карьер - горное предприятие по добыче полезных ископаемых открытым способом; карьером называется также совокупность выемок в земной коре, образованных при добыче полезных ископаемых открытым способом. 

     Ведение открытых горных работ на больших глубинах отличается рядом особенностей. Большая специфика характерна и для карьеров, действующих на больших высотах в горах. Карьер представляет собой систему уступов (обычно верхние - породные или вскрышные, нижние - добычные, редко породные), подвигание которых обеспечивает выемку горных масс в

контурах карьерного поля.

          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.  
 
 
Рисунок 1 - Сибайский карьер по добыче медноколчеданных руд 
 
 
Рисунок 2 карьер по добыче гранита.

     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.      

 
1.4.2.Шахтный способ, добычи полезных ископаемых

 

     При шахтном способе добычи полезных ископаемых формирование маршрутов может выполняться как на станциях промышленных предприятий, так и на станциях общей сети. 

     Существеннное влияние на экономику шахтного способа добычи полезных ископаемых оказывает необходимость проведения обширной сети горнокапитальных подземных выработок и коммуникаций, продолжающегося в течение всего срока эксплуатации шахты. 

     Подъемные машины прерывистого режима работы в различных конструктивных исполнениях находят широкое применение во всех отраслях народного хозяйства. К числу наиболее распространенных разновидностей механизмов вертикального транспорта следует отнести лифты, применение которых в городском хозяйстве и на промышленных предприятиях приобретает все большее значение, а также шахтные подъемные машины, транспортирующие при шахтном способе добычи полезных ископаемых по существу все грузы и людей. 

    

1.4.3.Бурение

 

     Бурение - создание буровой скважины, шахтного ствола, или шпура разрушением горных пород, бурение шпуров в искусственных материалах (например, в бетоне).

     Основной способ бурения - механический, реже используют гидравлический, термический и другие способы. Бурение применяют для поисков полезных ископаемых, добыча нефти, газа, воды и рассолов, сооружения шахт и т.п.. При бурении горных пород разрушается на всей площади забоя или только по кольцу (колонковое бурение). Глубина бурения определяется его назначением - несколько метров - шпуры, сотни и тысячи метров - скважины. Бурение глубоких скважин осуществляется буровыми установками, буровыми станками, шпуров - бурильными молотками. Технические средства бурения включают также буровой насос или компрессор для подачи бурового раствора и газа, бурильные трубы, буровую вышку с талевой системой, противовыбросовое оборудование, контрольно-измерительную аппаратуру. При механическом бурении буровой инструмент (буровое долото, буровая коронка, буровой расширитель) действует на горную породу, разрушая ее. При бурении взрывных скважин в кварцевых горных породах применяют термическое бурение (струей пламени). Механические способы бурения методом воздействия инструмента на забой делят на вращательное и ударное, ударно-поворотное и вращательно-ударное. По типу породоразрушающего инструмента различают шнековое, шарошечных, алмазное бурение, дробное т.п., по типу буровой машины - перфораторной, пневмоударные, гидроударные, роторное, турбинное, электрическое и тому подобное. По направлению и методу проведения скважин - кустовое, вертикальное, похилоскероване, багатовибийне и др.. Бурение развивается и специализируется в трех основных областях горного дела: добыча жидких и газообразных полезных ископаемых, поиск и разведка полезных ископаемых, добыча твердых полезных ископаемых взрывным способом.

 

 

 

1.5.Влияние добычи полезных  ископаемых на природную среду

 

     В настоящее время с горнопромышленным производством связывается поступление в природный кругооборот значительного количества техногенного вещества в виде горной массы, растворимых и летучих веществ — промышленных стоков, дымов и возгонов, а также высоких концентраций тяжелых металлов.

     Продукты разработки месторождений и переработки добытых полезных ископаемых являются основным источником поступления техногенных продуктов в природный кругооборот. Так, по данным экспертов ООН, в 1976 году из недр нашей планеты в процессе добычи полезных ископаемых извлекалось 100 миллиардов тонн горной массы. В начале 90-х годов XX в. в связи с ростом масштабов горных работ в мировом хозяйстве извлекается ежегодно около 120 миллиардов тонн горных пород.

     Объем вовлекаемых в хозяйственную деятельность горных пород, таким образом, в 4—5 раз превышает количество природного вещества, которое ежегодно поступает в природный круговорот в процессе водной и ветровой денудации континентов.

     Следует учесть, что эти процессы являются основными, формирующими геологический облик, рельеф нашей планеты в течение ее геологической истории. Захватывая, казалось бы, ничтожную часть литосферы, производственная деятельность оказывает самое серьезное воздействие на качество и продуктивность других разновидностей природных ресурсов. С предприятиями горнопромышленного производства связаны значительные поступления вредных для окружающей природной среды веществ в атмосферный воздух. Ежегодно в мировом хозяйстве от промышленных установок выбрасывается в атмосферу свыше 200 млн. тонн пыли, около 100 млн. тонн сернистого ангидрида, более 250 тысяч тонн свинца, а также цинк, медь, ртуть и другие токсичные элементы. Выпадая на земную поверхность в виде различных «смогов», «кислотных дождей», эти токсичные элементы наносят большой вред биоте и биосфере в целом, и в первую очередь человеку, его здоровью.

     За последние 30-40 лет в Мировом океане пробурено более 2000 скважин, из них только в Северном море, начиная с 1964 года, пробурено 1000 и оборудовано 350 промышленных скважин. Из-за незначительных (безаварийных) утечек на буровых ежегодно теряется 0,1 млн. тонн нефти, но аварийные ситуации также нередки. Большие массы нефти с суши поступают в моря по рекам, с бытовыми и ливневыми стоками. Объем загрязнения нефтью из этого источника превышает 2,0 млн. тонн в год. Со стоками промышленности и нефтеперерабатывающих заводов в море ежегодно попадает до 0,5 млн. тонн нефти. Судьба разлитой в море нефти определяется суммой следующих процессов: испарение, эмульгирование, растворение, окисление, образование нефтяных агрегатов, седиментация и биодеградация. Попадая в морскую среду, нефть оказывает губительное влияние на ее обитателей - растения, животных, микроорганизмы. Особую тревогу вызывает загрязнение нефтью внутренних водоемов (рек и озер), особенно при освоении запасов нефти в Западной Сибири.

     Горнопромышленное производство начинается с нарушения земельных угодий. Эти нарушения особенно впечатляющие в открытых разработках. Еще сравнительно недавно мы восхищались могуществом человека, наблюдая за развитием гигантских разрезов и карьеров.

     Здесь могущество человека, его техническое оснащение воплощалось особенно наглядно и ярко. Однако довольно быстро стало очевидным, что появление взамен привычного ландшафта — техногенного, «лунного», как его называют часто, мало кому может понравиться.

     Открытая добыча связана с формированием значительного по размерам отвального хозяйства. Так называемые пустые породы, образуя отвалы, значительные площади земель, в том числе и сельскохозяйственных, пахотных. Процессы ветровой и водной эрозии на отвалах вызывают деградацию растущих вблизи карьеров лесов, в результате выбросов большого количества пыли падение урожайности сельхозугодий, создают неблагоприятные условия для проживания людей вблизи такого горнодобывающего предприятия.

     Другим крупнейшим источником поступления техногенных элементов и химических соединений в природный кругооборот является энергетика, которая использует преимущественно минеральное топливо — нефть, газ, уголь. Ежегодно получаемая тепловая и электрическая энергия в сумме сопоставима с энергией крупных вулканических извержений и в настоящее время составляет около 0,4% от рассеивающейся энергии Солнца на нашей планете.

     Из приведенных классификаций и материалов следует, что решению проблемы охраны окружающей среды при добыче и использовании полезных ископаемых должна предшествовать разработка мер по ее защите от вредных воздействий, комплексно отвечающих на вопросы: что следует защищать в первую очередь, от чего защищать и как защищать.

 

1.6.Охрана полезных ископаемых

 

Под охраной недр понимается научно обоснованное рациональное и бережное использование полезных ископаемых, максимально полное, технически доступное и экономически целесообразное их извлечение, утилизация отходов, ликвидация урона, нанесенного естественным природным ландшафтам. Основные мероприятия по охране недр базируются на ресурсосбережении: предотвращение потерь при добыче, транспортировке полезных ископаемых, при их обогащении и переработке, использовании готовой продукции. Значительные потери полезных ископаемых и ущерб окружающей среде происходят при разработке месторождений подземным способом. При этом потери угля (остается в недрах) составляют 20-45%, руд цветных и черных металлов 15-25%, горно-химического сырья 20-60%, при открытом способе разработки полезных ископаемых потери снижаются до 12% . Исключительно открытым способом добываются стройматериалы (песок, глина, щебень, гравий) и россыпные ископаемые. Однако обратной стороной открытого способа разработки полезных ископаемых являются нарушения естественных природных ландшафтов. Чрезвычайно велики потери полезных ископаемых из-за несовершенства технологий извлечения.   В мероприятия по охране недр входит комплексное использование ресурсов, которое предусматривает при добыче одного полезного ископаемого более полное извлечение сопутствующих компонентов. Ликвидация системы валовой выемки, своевременное разделение руд, их сортировка во время добычи позволяют сохранить ценные компоненты сырья, что дает большой экономический эффект. Таким образом, основные мероприятия по охране недр на стадии добычи минерального сырья сводятся к совершенствованию технологии его разведки, расчета запасов, добычи с применением ряда правовых и экономических регламентирующих механизмов. Значительные потери полезных ископаемых происходят при их транспортировке к местам переработки и использованию.