Горное дело - Mining engineering

Не путать с горная геология.
Поверхность золотой рудник с тягач на переднем плане

Горное дело в инженерной дисциплине - это добыча полезных ископаемых снизу, сверху или на земле. Горное дело связано со многими другими дисциплинами, такими как переработка полезных ископаемых, разведка, раскопки, геология, и металлургия, геотехническая инженерия и геодезия. Горный инженер может управлять любым этапом горных работ, от разведки и открытия минеральных ресурсов до технико-экономическое обоснование, шахтное проектирование, разработка планов, производство и операции по закрытие шахты.

В процессе Добыча минералов, некоторое количество трата и генерируются неэкономичные материалы, которые являются основным источником загрязнение в непосредственной близости от шахт. Горнодобывающая деятельность по своему характеру вызывает нарушение окружающая среда внутри и вокруг которого минералы расположены. Добыча поэтому инженеры должны заниматься не только добычей и переработкой полезных ископаемых. товары, но также со снижением ущерба окружающей среде как во время, так и после добычи в результате изменения района добычи. В таких отраслях действуют строгие законы для контроля загрязнения и ущерба, причиняемого окружающей среде, и периодически ими руководят соответствующие ведомства.

История горного дела

От доисторический раз в настоящее время, добыча сыграл значительную роль в существовании человеческая раса. С самого начала цивилизации люди использовали камень и керамика и позже, металлы найден на или рядом с Земли поверхность. Они использовались для изготовления ранних инструменты и оружие. Например, качественный кремень найдено в северной Франция и южный Англия использовались для установки Огонь и сломать рок.[1] Кремневые мины были обнаружены в мел участки, где швы камня переходили под землю шахты и галереи. Самая старая известная шахта из археологических находок - «Львиная пещера» в Свазиленд. На этом сайте, который радиоуглеродное датирование указывает на возраст около 43000 лет, палеолит люди добывали минерал гематит, который содержал утюг и был измельчен, чтобы произвести красный пигмент охра.[2][3]

В древние римляне были новаторами добыча инженерия. Они разработали крупномасштабные методы добычи, такие как использование больших объемов воды, доставляемой к руднику многочисленными акведуки для гидравлическая добыча. Затем обнаженная скала подверглась нападению поджигание где огонь использовался для нагрева скалы, которую нужно было погасить струей воды. В тепловой удар треснул камень, позволив его удалить. В некоторых шахтах римляне использовали водные машины, такие как Гидравлические колеса с обратным перерегулированием. Они широко использовались в медь мины на Рио Тинто в Испании, где одна последовательность включала 16 таких колес, расположенных попарно, поднимая воду примерно на 80 футов (24 м).[4]

Черный порошок впервые был использован в горной промышленности в Банска-Штьявница, Королевство Венгрия (сегодняшний день Словакия ) в 1627 г.[5] Это позволило взрыву породы и земли разрыхлить и обнажить рудные жилы, что было намного быстрее, чем поджигание. В Индустриальная революция увидел дальнейшие достижения в горнодобывающих технологиях, включая улучшенные взрывчатые вещества на паровой тяге насосы, подъемники и дрели, пока они оставались в безопасности.

Образование

Колорадская горная школа

Есть много способов стать Горный инженер но у всех есть диплом об окончании университета или колледжа. В первую очередь обучение включает в себя Бакалавр инженерии (B.Eng. Или B.E.), Бакалавр (B.Sc. или B.S.), Бакалавр технологий (B.Tech.) Или Бакалавр прикладных наук (BA.Sc.) в горном деле. В зависимости от страны и юрисдикции для получения лицензии горного инженера Магистра степень; Магистр инженерии (M.Eng.), Магистр естественных наук (M.Sc или M.S.) или Магистр прикладных наук (M.A.Sc.), возможно, потребуется. Есть также горные инженеры, пришедшие из других дисциплин, например из инженерных областей, таких как Машиностроение, Гражданское строительство, Электротехника, Геоматика, Инженерия окружающей среды или из таких областей науки, как Геология, Геофизика, Физика, Геоматика, наука о планете Земля, Математика, Однако этот путь требует выпускник степень, такая как M.Eng, M.S., M.Sc. или M.A.Sc. в горном деле после окончания другого количественный студент программа на получение квалификации горного инженера.

Фундаментальные предметы изучения горного дела обычно включают:

в Соединенные Штаты, около 14 университетов предлагают бакалавриат. степень в области горного дела и / или горного дела. Лучшие университеты включают Колорадская горная школа, Государственный университет Пенсильвании, Технологический институт Вирджинии, то Университет Кентукки, то Университет Аризоны, Школа горного дела и технологий Южной Дакоты и т. д. Полный список можно найти на smenet.org. Большинство из этих университетов предлагают M.S. и к.т.н. градусов тоже.

В Канада, Университет Макгилла предлагает степени бакалавра (B.Sc. или B.Eng.) и магистра (M.Sc. или M.S.) в области горного дела.[6] и Университет Британской Колумбии в Ванкувер предлагает Бакалавр прикладных наук (B.A.Sc.) в горном деле[7] а также ученые степени (M.A.Sc. или M.Eng. и Ph.D.) в области горного дела.[8]

В Европа большинство программ интегрируются (B.S. плюс M.S. в одну) после Болонский процесс и потребуется 5 лет на выполнение. В Португалия, то Университет Порту предлагает M.Eng. в горном деле и геоэкологической инженерии[9] И в Испания то Мадридский технический университет предлагает степени в области горного дела со специальностями горные технологии, горные работы, топливо и взрывчатые вещества, металлургия.[10] в объединенное Королевство, The Кемборнская горная школа предлагает широкий выбор степеней BEng и MEng в области горного дела и других дисциплин, связанных с горной промышленностью. Это делается через Эксетерский университет.[11]

В Южная Африка, ведущие учреждения включают Университет Претории, предлагая 4-летнюю степень бакалавра инженерных наук (B.Eng in Mining Engineering), а также аспирантуру по различным специальностям, таким как горная инженерия и численное моделирование, инженерия взрывчатых веществ, вентиляция, методы подземных горных работ и проектирование шахт;[12] и Университет Витватерсранда предлагает 4-летнюю степень бакалавра технических наук (B.Sc. (Eng.)) в области горного дела[13] а также программы магистратуры (M.Sc. (Eng.) и Ph.D.) по горному делу.[14]

Некоторые горные инженеры продолжают Докторская степень программы на получение степени, такие как Доктор Философии (Ph.D., DPhil), Доктор технических наук (D.Eng., Eng.D.) Эти программы включают в себя очень важный компонент оригинальных исследований и обычно рассматриваются как отправные точки в Академия.

Заработная плата и статистика

Заработная плата в горнодобывающей промышленности обычно определяется требуемым уровнем квалификации, занимаемой должностью и в какой организации работает инженер.[нужна цитата ] При сравнении заработной платы в одном регионе с другим необходимо учитывать стоимость жизни и другие факторы.

Горные инженеры в Индия зарабатывать относительно высокие зарплаты по сравнению со многими другими профессиями,[15] со средней зарплатой 15 250 долларов. Однако по сравнению с заработной платой горных инженеров в других регионах, таких как Канада, США, Австралия и Великобритания, зарплаты в Индии низкие. в Соединенные Штаты, насчитывается около 6150 работающих горных инженеров со средней годовой зарплатой 103 710 долларов США.[16]

Предварительная добыча

Изыскатель от Н. К. Уайет, 1906

Разведка полезных ископаемых - это процесс поиска руды (коммерчески жизнеспособные концентрации минералов) до моя. Разведка полезных ископаемых - гораздо более интенсивный, организованный, интересный и профессиональный процесс, чем поиск полезных ископаемых. разведка, хотя часто пользуется услугами разведки.

Первый этап добычи состоит из процессов поиска и разведки месторождения полезных ископаемых. На следующем первом этапе разведки полезных ископаемых, геологи и геодезисты играют важную роль в необходимом предварительном технико-экономическом обосновании возможных горных работ. Разведка полезных ископаемых и оценка запасов с помощью различных методов разведки проводятся для определения метода и типа добычи, необходимых в дополнение к условиям рентабельности.

Открытие минералов

После того, как обнаружено месторождение полезных ископаемых и будет установлено, что его экономическое качество достаточно для добычи, горные инженеры будут работать над разработкой плана по добыче полезных ископаемых.

Открытие может быть сделано на основе изучения карт минералов, академических геологических отчетов или местных, государственных или национальных геологических отчетов. Другие источники информации включают эссе о собственности и местную молву. Исследования минералов обычно включают отбор проб и анализ отложений, почвы и керна. Отбор и анализ проб почвы - один из самых популярных инструментов разведки полезных ископаемых. [17] [18]. Общие инструменты включают спутниковые и аэрофотоснимки или аэрогеофизику, в том числе магнитометрические и гамма-спектрометрические карты. [19]. Если разведка полезных ископаемых не проводится на государственной собственности, владельцы собственности могут играть важную роль в процессе разведки и могут быть первооткрывателями месторождения полезных ископаемых.[20]

Определение минералов

После обнаружения перспективного полезного ископаемого горный геолог и / или горный инженер определяет свойства руды. Это может включать химический анализ руды для определения состава пробы. После определения свойств минерала следующим шагом будет определение количества руды. Это включает определение размеров месторождения, а также чистоты руды.[21] Геолог пробуривает дополнительные образцы керна, чтобы определить пределы месторождения или пласта, и вычисляет количество ценного материала, присутствующего в месторождении.

Технико-экономическое обоснование

Основная статья: Технико-экономическое обоснование горных работ

После того, как идентификация полезных ископаемых и сумма запасов обоснованно определены, следующим шагом будет определение осуществимость восстановления месторождения полезных ископаемых. Предварительное исследование вскоре после открытия месторождения изучает рыночные условия, такие как спрос и предложение на минерал, количество руды, которое необходимо переместить для извлечения определенного количества этого минерала, а также анализ затрат, связанных с операция. Это предварительное технико-экономическое обоснование определяет, будет ли горнодобывающий проект прибыльным; если да, то проводится более глубокий анализ месторождения. После того, как все рудные тела известны и были изучены инженерами, в технико-экономическом обосновании изучается стоимость первоначальных капитальных вложений, методы добычи, стоимость эксплуатации, расчетный срок окупаемости, валовая выручка и чистая прибыль. рентабельность, любая возможная цена перепродажи земли, общий срок действия резерва, общая стоимость резерва, инвестиции в будущие проекты и договор собственника или владельцев собственности. Кроме того, учитываются воздействие на окружающую среду, рекультивация, возможные юридические последствия и все разрешения правительства.[22][23] Эти этапы анализа определяют, следует ли горнодобывающей компании продолжить добычу полезных ископаемых или от проекта следует отказаться. Горнодобывающая компания может решить продать права на запас третьей стороне, а не разрабатывать его самостоятельно, или решение о продолжении добычи может быть отложено на неопределенный срок до тех пор, пока рыночные условия не станут благоприятными.

Горные работы

Горные инженеры, работающие на действующей шахте, могут работать в качестве инженера по улучшению работы, в дальнейшем разведка полезных ископаемых и операционная капитализация путем определения того, где в шахте добавить оборудование и персонал. Инженер также может работать в надзорном и управленческом подразделениях или продавать оборудование и полезные ископаемые. Помимо проектирования и эксплуатации, горный инженер может работать менеджером по охране окружающей среды, здоровья и безопасности или инженером-проектировщиком.

Акт добычи требовал различных методов добычи в зависимости от минералогия, геология, и расположение ресурсов. Такие характеристики как минеральная твердость, минерал стратификация, а доступ к этому минералу определит метод добычи.

Как правило, добыча ведется либо с поверхности, либо под землей. Добыча также может происходить как при наземных, так и при подземных операциях в одном и том же заповеднике. Горнодобывающая деятельность зависит от того, какой метод используется для удаления минерала.

Открытые горные работы

Открытые горные работы составляет 90% мировой добычи полезных ископаемых. Также называется открытый карьер, открытые разработки - это удаление минералов в формациях, которые находятся на поверхности или вблизи нее. Извлечение руды осуществляется путем удаления материала с земли в ее естественном состоянии. Открытые горные работы часто изменяют характеристики земли, форму, топография, и геологический состав.

Открытые горные работы включают в себя разработку карьеров, при которой полезные ископаемые добываются с помощью таких механизмов, как резка, раскалывание и дробление. Взрывчатые вещества обычно используются для облегчения поломки. Твердые породы, такие как известняк, песок, гравий и сланец, обычно добываются в серию уступов.

Добыча полосы производится на более мягких минералах, таких как глины, а фосфаты удаляются с помощью механических экскаваторов, гусеничных бульдозеров и фронтальных погрузчиков. Таким образом можно также извлекать более мягкие угольные пласты.

С участием россыпная добыча, минералы также могут быть удалены со дна озер, рек, ручьев и даже океана с помощью земснарядов. К тому же, на месте добыча может осуществляться с поверхности с использованием растворяющих агентов на рудном теле и извлечения руды с помощью откачки. Затем перекачиваемый материал выщелачивают для дальнейшей обработки. Гидравлическая добыча используется в форме струй воды для вымывания вскрыши или самой руды.[24]

Горный процесс

Взрывные работы:
Взрывчатые вещества используются для разрушения горных пород и помощи в сборе руда в процессе, называемом взрыв. Взрывные работы в общем тепло и огромное давление взорвавшейся взрывчатки, чтобы расколоть горную массу. Тип взрывчатых веществ, используемых в горнодобывающей промышленности: взрывчатые вещества которые различаются по составу и эксплуатационным свойствам. Горный инженер несет ответственность за выбор и правильное размещение этих взрывчатых веществ, чтобы обеспечить максимальную эффективность и безопасность. Взрывные работы происходят на многих этапах горного процесса, таких как развитие инфраструктуры, а также производство руды.

Выщелачивание:
Выщелачивание это потеря или извлечение определенных материалов из носителя в жидкость (обычно, но не всегда в растворитель). В основном используется при добыче редкоземельных металлов.

Флотация:
Флотация (также пишется «плавучесть») включает явления, связанные с относительной плавучестью минералов. Это наиболее широко используемый метод разделения металлов.

Электростатическое разделение:
Разделение минералы по разности электрохарактеристик.

Гравитационное разделение:
Гравитационное разделение представляет собой промышленный метод разделения двух компонентов, суспензии или сухой гранулированной смеси, при котором разделение компонентов под действием силы тяжести является достаточно практичным.

Магнитное разделение:
Магнитная сепарация представляет собой процесс, при котором магниточувствительный материал извлекается из смеси с помощью магнитной силы.

Гидравлическое разделение:
Гидравлическое разделение это процесс, который использует разницу плотностей для разделения минералов. Перед гидравлической сепарацией минералы измельчали ​​до однородного размера; поскольку минералы имеют одинаковый размер и разную плотность, они будут иметь разные скорости осаждения в воде, и это можно использовать для разделения целевых минералов.

Здоровье и безопасность горных работ

Основная статья: Управление по безопасности и охране здоровья в шахтах

Юридическое внимание к вопросам здоровья и безопасности в горнодобывающей промышленности началось в конце 19 века и в последующем 20 веке переросло в всеобъемлющую и строгую кодификацию правоприменения и обязательного регулирования здоровья и безопасности. Горный инженер в какой бы должности он ни занимал, должен соблюдать все федеральные, государственные и местные законы о безопасности горных работ.

Соединенные Штаты

Основная статья: Закон о безопасности и охране здоровья в шахтах 1977 г.

Конгресс Соединенных Штатов через принятие Федеральной Закон о безопасности и охране здоровья в шахтах 1977 г., известный как закон шахтера, создал Управление по безопасности и охране здоровья в шахтах (MSHA) под Министерство труда США.

Этот всеобъемлющий закон предоставляет шахтерам права против преследования за сообщения о нарушениях, сводное регулирование угольных шахт с металлическими и неметаллическими шахтами, а также создает независимую Федеральная комиссия по надзору за безопасностью и здоровьем шахт для обзора нарушений, о которых сообщается MSHA.[25]

Закон, закрепленный в § 30 Свода федеральных правил (§ 30 Свода федеральных правил), распространяется на всех горняков на действующей шахте. Когда горный инженер работает на действующей шахте, он или она подчиняется тем же правам, нарушениям, обязательным правилам охраны труда и техники безопасности и обязательному обучению, что и любой другой рабочий на шахте. По закону горный инженер может быть идентифицирован как «горняк».[26]

Закон устанавливает права горняков. Майнер может в любое время сообщить об опасном состоянии и запросить инспекцию. Горняки могут выбрать представителя горняков для участия во время инспекции, прединспекционной встречи и постинспекционной конференции. Горнякам и представителям горняков оплачивается их время во время всех проверок и расследований.[27]

Горное дело и окружающая среда

Соединенные Штаты

Мелиорация земель регулируется для открытых и подземных рудников в соответствии с Законом о контроле и рекультивации открытых горных работ 1977 года. Закон создает в рамках Министерства внутренних дел Бюро открытых горных работ (OSM). OSM заявляет на своем веб-сайте: «OSM отвечает за обеспечение баланса между потребностями страны в продолжении внутренней добычи угля и защитой окружающей среды».

Закон требует, чтобы штаты создали свои собственные департаменты рекультивации и приняли законы, касающиеся рекультивации угледобывающих предприятий. Штаты могут вводить дополнительные правила и регулировать другие полезные ископаемые в дополнение к углю для мелиорации земель.[28]

Смотрите также

Сноски

  1. ^ Хартман, Говард Л. Справочник по горному делу для малых и средних предприятий, Общество горнодобывающей промышленности, металлургии и разведки, 1992 г., стр. 3.
  2. ^ Комиссия по охране природы Свазиленда, «Культурные ресурсы - археология Малолотья, Львиная пещера», получено 27 августа 2007 г., "Национальная комиссия Свазиленда - Культурные ресурсы - Археология Малолотья, Львиная пещера". Архивировано из оригинал на 2016-03-03. Получено 2016-02-05..
  3. ^ Фонд парков мира, «Основные особенности: культурное значение». ЮАР: Автор. Проверено 27 августа 2007 г., [1].
  4. ^ Римляне в Британии: горное дело В архиве 2010-07-20 на Wayback Machine
  5. ^ Heiss, Andreas G .; Oeggl, Клаус (2008). «Анализ топливной древесины, используемой на участках добычи меди в позднем бронзовом и раннем железном веках в районе Швац и Брикслегг (Тироль, Австрия)». История растительности и археоботаника. 17 (2): 211–221. CiteSeerX  10.1.1.156.1683. Дои:10.1007 / s00334-007-0096-8.
  6. ^ "Аспирантура". Университет Макгилла. Получено 13 мая 2018.
  7. ^ «Горное дело в UBC». Университет Британской Колумбии. Получено 13 мая 2018.
  8. ^ "Выпускник". Университет Британской Колумбии. Получено 13 мая 2018.
  9. ^ «Магистр горного дела и геоэкологической инженерии». Университет Порту. Получено 13 мая 2018.
  10. ^ "Горное дело". Мадридский технический университет. Получено 13 мая 2018.
  11. ^ «Бенг Майнинг». Эксетерский университет. Получено 24 мая 2020.
  12. ^ "Горное дело | Университет Претории". www.up.ac.za. Получено 2019-06-12.
  13. ^ "WITS Mining - Программа бакалавриата". Университет Витватерсранда. Получено 13 мая 2018.
  14. ^ "WITS Mining - Программа последипломного образования". Университет Витватерсранда. Получено 13 мая 2018.
  15. ^ «Заработная плата геолога и горного инженера в Индии». 2013-07-22. Архивировано из оригинал на 2015-07-23. Получено 2015-07-22.
  16. ^ «Занятость и заработная плата, май 2017 г. - 17-2151 Горные и геологические инженеры, включая инженеров по безопасности горных работ». Статистика профессиональной занятости. Бюро статистики труда. 20 мая 2018 г.. Получено 20 мая, 2018.
  17. ^ Мартинс-Феррейра, М.А.С., Кампос, Дж. Э. Г., и Пирес, А. С. Б. (2017). Исследование месторождений с помощью многомерного анализа геохимии почв в золотой провинции Алмас, Центральная Бразилия: учебный пример. Журнал геохимических исследований, 173, 52-63.
  18. ^ Манн А. В., Биррелл Р. Д., Федиков М. А. Ф. и Де Соуза Г. А. Ф. (2005). Вертикальная ионная миграция: механизмы, аномалии почвы и глубина отбора проб для разведки полезных ископаемых. Геохимия: разведка, окружающая среда, анализ, 5 (3), 201-210.
  19. ^ Пирес, А.С.Б., Кармело, А.С., и Мартинс-Феррейра, М.А.С. (2019). Статистическое усиление аэродинамических гамма-урановых аномалий: минимизация вклада литологического фона при разведке полезных ископаемых. Журнал геохимических исследований, 198, 100-113.
  20. ^ Петерс, Вилиам К., SME: Справочник по горному делу, 2-е издание, том 1, C1992, «Геологическая разведка и разведка», стр. 221–225, ISBN  0-87335-100-2
  21. ^ Гамбл, Гордон Э. и др. SME: Справочник по горному делу, 2-е издание, том 1, C1992, «Подготовка и анализ образцов», стр. 327–332, ISBN  0-87335-100-2
  22. ^ Джентри Дональд В., SME: Справочник по горному делу, 2-е издание, том 1, C1992, «Оценка рудников и инвестиционный анализ», стр. 387–389, ISBN  0-87335-100-2
  23. ^ О'Хара, Т. Алан и Стэнли С. Суболески, SME: Руководство по горному делу, 2-е издание, том 1, C1992, «Затраты и оценка затрат», стр. 405–408, ISBN  0-87335-100-2
  24. ^ Эрнест Бонет, SME: Справочник по горному делу, 2-е издание, том 2, C1992, «Открытые горные работы: сравнение методов», стр. 1529–1538, ISBN  0-87335-100-2
  25. ^ «История законодательства о безопасности и охране здоровья в шахтах». www.msha.gov. Архивировано из оригинал 18 февраля 2013 г.. Получено 20 марта 2018.
  26. ^ 20 Свода федеральных правил, § 46.2 (g) (1) (i) (ii)
  27. ^ Федеральный закон 1977 года о безопасности и охране здоровья в шахтах, § 103 (f) и (g) (1).
  28. ^ «Ваша страница не была найдена на веб-сайте Управления по мелиорации и защите открытых месторождений». www.osmre.gov. Получено 20 марта 2018.

дальнейшее чтение

  • Эрик К. Нистром, Видеть под землей: карты, модели и горное дело в Америке. Рино, Невада: Университет Рино Press, 2014.

внешние ссылки