Технология горного производства: различные аспекты современных горных технологий, применяемых при разведке, добыче и переработке полезных ископаемых

Горнодобывающая промышленность - это важнейшая отрасль, которая обеспечивает человечество стратегическим минеральным сырьем. Но какие инновационные технологии используются сегодня для добычи полезных ископаемых из недр Земли? Давайте разберемся!

История развития горных технологий

Изначально добыча полезных ископаемых велась вручную с использованием примитивных орудий труда. С наступлением промышленной революции произошел технический прорыв в горном деле. Стали применяться паровые двигатели, взрывчатые вещества, механизированные конвейеры. В 20 веке появились мощные экскаваторы, буровые станки, дробилки. Сегодня активно внедряются цифровые технологии - автоматизированные системы управления, робототехника, геоинформатика.

Классификация современных горных технологий

Горные технологии классифицируются по различным признакам:

• По виду добываемых полезных ископаемых: угольные, рудные, нефтегазовые и др.
• По способу добычи: открытый, подземный, скважинный.
• По типу горных работ: добыча, проходка выработок, обогащение и т.д.
• По методам воздействия на горный массив: механические, химические, биологические.
• По степени механизации и автоматизации технологических процессов.

Такое разнообразие технологий обусловлено многообразием горно-геологических условий и видов полезных ископаемых.

Оборудование для горных работ

Основным специализированным оборудованием для горного производства являются:

• Экскаваторы для выемки и погрузки горной массы.
• Буровые установки для проходки скважин и подземных выработок.
• Дробилки, мельницы для измельчения полезных ископаемых.
• Конвейеры, ленточные транспортеры для транспортировки горной массы.
• Вагоны, вагонетки, локомотивы для откатки породы.

Современная тенденция - создание полностью автоматизированных комплексов горного оборудования. Активно внедряются роботы для опасных работ. Большое внимание уделяется надежности и безопасности оборудования, его техническому обслуживанию и ремонту.

Бурение скважин и добыча полезных ископаемых

Для бурения скважин применяют различные способы: вращательный, ударный, вибрационный. Используют специальные буровые установки. Для интенсификации добычи применяют методы гидроразрыва пласта, закачку растворов. Возможны осложнения при бурении - обвалы, прихваты бурового инструмента. Для борьбы с ними используют специальные технологии и реагенты. После бурения скважин ведут добычу нефти, газа, угля, рудных полезных ископаемых различными способами.

Открытая разработка месторождений

При открытом способе разработки месторождения выполняют: вскрытие рабочих горизонтов, добычу полезного ископаемого, отвалообразование. Для отработки уступов применяют различную специализированную технику: экскаваторы, бульдозеры, скреперы. Транспортировка ведется автомобилями, железнодорожным транспортом. Есть экологические риски при открытой добыче.

Как видно из таблицы, у каждого способа добычи есть свои преимущества и недостатки.

Подземная разработка месторождений

При подземном способе разработки проводят горные выработки: стволы, штольни, штреки, орта. Для их проходки используют проходческие комбайны, буровзрывной способ. Для крепления выработок применяют анкеры, рамы, бетон. Подземная добыча ведется с помощью комбайнов, отбойных молотков. Этот способ менее опасен для экологии.

Обогащение полезных ископаемых

Обогащение проводят для повышения качества добываемого сырья. Дробление и измельчение ведут в щековых, конусных, молотковых дробилках. Для классификации применяют грохочение, гидравлическую, пневматическую сепарацию. Используют гравитационные (отсадка, концентрация на столах) и флотационные методы обогащения. Процессы автоматизируют.

Согласно отзывам работников горнодобывающих предприятий, внедрение новых технологий значительно облегчило труд, сократило долю ручного труда. Отмечается высокая эффективность современных автоматизированных комплексов. В то же время есть жалобы на сложность освоения инновационного высокотехнологичного оборудования.

Цифровые технологии в горном деле

Цифровизация кардинально меняет горнодобывающее производство. Внедряются автоматизированные системы управления технологическими процессами, компьютерное 3D-моделирование, геоинформационные системы. Используют беспилотные летательные аппараты, датчики для мониторинга состояния оборудования. Применяют технологии анализа больших данных для оптимизации.

Развитие технологии горного машиностроения идет по пути создания высокопроизводительного интеллектуального оборудования. Конструируются машины с элементами искусственного интеллекта, возможностью автономной работы в опасных условиях, дистанционным управлением.

Применение робототехники в горном деле

Внедрение роботов позволяет автоматизировать опасные и трудоемкие горные работы. Используются роботы для бурения скважин, добычи в опасных условиях, транспортировки грузов, мониторинга состояния оборудования и выработок. Роботы оснащаются системами технического зрения, навигации, обладают высокой маневренностью.

Для снижения негативного воздействия на окружающую среду внедряются различные экотехнологии: замкнутые системы водооборота, безотходная переработка минерального сырья, биологическая рекультивация нарушенных земель и др. Разрабатываются электрифицированные и гибридные модели горной техники с минимальными выбросами.

Переработка техногенных отходов горного производства

Существенную проблему представляют отходы обогащения, хвостохранилища. Разрабатываются технологии их комплексной переработки с извлечением полезных компонентов, рекультивации отработанных хвостохранилищ. Это позволяет сократить объемы складирования отходов и снизить негативное воздействие.

Одно из важных направлений - снижение энергопотребления за счет оптимизации технологических процессов, внедрения систем энергоменеджмента, использования возобновляемых источников энергии. Это повышает экономическую эффективность горного производства и снижает нагрузку на окружающую среду.

Нанотехнологии в горной промышленности

Перспективно применение нанотехнологий, например, использование наноматериалов при обогащении, нанопокрытий для повышения износостойкости оборудования, нанодатчиков для мониторинга состояния выработок. Нанотехнологии открывают новые возможности повышения эффективности горного производства.

Аварии на горных объектах часто приводят к тяжелым последствиям. Для их предотвращения используют различные методы: мониторинг состояния горных выработок с помощью датчиков, лазерное сканирование, компьютерное моделирование опасных ситуаций. Это позволяет заблаговременно выявлять угрозы и принимать превентивные меры.

Развитие телеметрии и дистанционного управления в горном деле

Активно развиваются технологии дистанционного контроля за состоянием горного и транспортного оборудования, параметрами микроклимата в выработках. Операторы могут управлять машинами дистанционно из безопасных пунктов. Это повышает безопасность горных работ.

На основе геологоразведочных данных, 3D-лазерного сканирования создают цифровые модели месторождений. Это позволяет оптимально спланировать работы, моделировать различные сценарии отработки запасов, повысить эффективность добычи.

Использование больших данных в горной промышленности

Огромные массивы данных о работе оборудования, параметрах процессов анализируются с помощью технологий искусственного интеллекта. Это дает возможность выявлять закономерности, оптимизировать технологические режимы, предсказывать поломки.

Экзоскелеты - «внешние скелеты», увеличивающие физические возможности человека. Их применение на тяжелых горных работах (погрузка, транспортировка) позволяет снизить утомляемость, повысить производительность труда.

Заключение

В статье подробно рассматриваются различные аспекты современных горных технологий, применяемых при разведке, добыче и переработке полезных ископаемых. Охвачены история развития отрасли, классификация методов, описание оборудования, инновационные решения. Особое внимание уделено автоматизации и роботизации горного производства, внедрению цифровых технологий, экологическим аспектам горная технология. Статья будет полезна специалистам горнодобывающей промышленности.