Сучасні технології і виробництво
Сучасні підприємства гірничодобувної промисловості - це справжні заводи. Завод для підземного видобутку - шахта, для відкритої - кар'єр.
Шахта починається з глибокого колодязя або похилого тунелю - стовбура. Стовбур шахти і будують (гірники кажуть - проходять) так само, як колодязь: його поглиблюють зверху вниз, весь час зміцнюючи стінки, щоб вони не вкачувалися.
Прохідники шахтних стволів працюють з перфораторами - машинами, які за допомогою стиснутого повітря бурять свердловини під вибухівку. Підірвану породу вантажать в сталеві бадді спеціальними машинами - грейферами, щелепи яких наводяться в рух теж стисненим повітрям. Встановлені вгорі над стволом підйомні машини витягують камінь в цебрах на поверхню. А зміцнюють стінки шахтних стволів бетоном, або залізобетоном, або чавунними кільцями - тюбінгами.
Іноді стовбури бурят, як звичайні свердловини. Але для цього потрібні дуже складні і громіздкі агрегати (адже діаметр стовбура - кілька метрів!), І бурити стовбури вдається поки тільки в порівняно м'яких породах.
Призначення стовбура - підйом на-гора корисної копалини, спуск і підйом в шахту людей і машин, подача в шахту свіжого повітря.
Внизу від стовбура в різні боки відходять підземні коридори - штреки. У них укладені колії або встановлені конвеєри. За цим штреку до шахтного стовбура підвозять вугілля або руду.
Якщо йти по штреку від стовбура, то в кінці кінців потрапиш в забій - туди, де корисна копалина відокремлюють від пласта і вантажать на конвеєр або в вагонетку. (На вугільних шахтах забої називають лавами.)
Майже всі роботи в шахті тепер виконують машини. На різних шахтах вони бувають різними, в залежності від того, яке корисна копалина видобувають під землею - порівняно м'яке або більш тверде. Наприклад, кам'яне вугілля можна різати. А тверду залізну або мідну руду доводиться підривати.
У підземному забої вугільної шахти працюють різні машини: гірські комбайни, врубові машини, вугільні струги.
Сучасна шахтарська лампа.
Схема вугільної шахти: 1 - залізничні колії; 2 - відвал породи (терикон); 3 - підвісна дорога; 4 - бункер для навантаження вугілля у вагони;
5 - підйомне спорудження (копер) головного ствола; 6 - надшахтну будівля; 7 - копер вентиляційного стовбура; 8 - склад кріпильних матеріалів; 9 - будівля вентилятора; 10 - будівля підйомної машини; 11 - відкатні гірничі виробки; 12 - головний ствол; 13 - конвеєрний штрек; 14 - забій; 15 -пласт вугілля.
Гірський комбайн для видобутку корисних копалин (праворуч) і механізована гідравлічна кріплення.
Прохідницький комбайн. Він застосовується для проведення гірничих виробок.
До головного стовбура вугілля везуть по штреку поїзда з вагонеток.
Гірський комбайн крім ріжучого пристрою забезпечений механізмом для навантаження вугілля на конвеєр. Він одночасно розрізає вугільний пласт, відбиває від нього шматки, подрібнює їх і вантажить на конвеєр.
А вугільний струг - це щось на зразок величезного рубанка, яким, простягаючи його на сталевих ланцюгах взад і вперед, стругають пласт вугілля.
Але існують і такі шахти, де немає ні комбайнів, ні стругів, ні конвеєрів. Вугілля тут рубають струменем води. Головна машина на такій шахті -гідромонітор, схожий на гармату з коротким стволом або на величезний пожежний брандспойт.
Вириваючись із стовбура гідромонітора під тиском в кілька мегапаскалей, струмінь води б'є в пласт вугілля і відбиває від нього шматки різного розміру. Потім потік води підхоплює це вугілля і по жолобах, прокладених в штреках гідрошахти замість конвеєрів, несе його із забою. А далі насоси подають вугілля разом з водою по трубах на-гора. Тут вода з вугіллям потрапляє в спеціальні басейни - відстійники.
Коли все вугілля, навіть найдрібніший, осяде на дно, воду з басейну направляють по трубах знову в шахту, вона знову проробляє весь свій робочий шлях - рветься з сопла гідромонітора, рубає вугілля, "везе" його із забою.
На рудниках, де видобувають залізну, мідну, нікелеву і інші міцні руди, забої виглядають зовсім інакше. Першими туди приходять бурильники, вони свердлять в кам'яній стіні отвори -скважіни. Потім в свердловини закладають патрони вибухівки. Всі залишають забій, по проводах підривник посилає електричний струм в запал. Вибух - і частина забою перетворюється в роздроблені шматки руди.
Після того як вентилятори очистять повітря в забої від утворилися під час вибуху газів, туди в'їжджає вантажна машина. Вона вантажить відбиту руду в вагонетки, а потім електровоз везе їх по штреку до стовбура.
В останні роки на рудниках працює все більше самохідних безрейкових машин на автомобільних колесах - бурові верстати, екскаватори та вантажні машини, самохідні вагонетки, самоскиди.
Частина шахтарської праці взяла на себе автоматика. На Дегтярское мідному руднику на Уралі, на якому частина металу витягують з-під землі з водою, багато машин і механізми працюють без машиніста. На дверях залу, в якому знаходиться підйомна машина, висить замок: машиніста немає, а машина справно видає на-гора блискучу блискітками мідного колчедану руду. Без машиністів працюють і насоси, що відкачують підземну воду.
Забій під відкритим небом
Кам'яний і особливо буре вугілля, фосфорити і сірку, залізну і нікелеву руду і боксити все більше добувають не в шахтах, а під відкритим небом. А це значить - повна безпека і чисте повітря для гірників, могутні машини і дешеві руда і вугілля.
З кожним роком машинобудівники випускають все більш потужну техніку, яка здешевлює будівництво кар'єрів. І тому щороку збільшується число кар'єрів, так як при сучасному рівні техніки вигідніше будувати кар'єр, ніж шахту. Як правило, кар'єри будують за допомогою екскаваторів і автомобілів-самоскидів або електровозів з вагонами, самоперекідні при розвантаженні, -думпкарамі. Екскаватори поступово зривають породу над залежью, а самоскиди або поїзди думпкарів відвозять її в сторону і скидають у відвал.
Якщо "кришка скрині" складається не з піску або глини, а з твердих порід, наприклад міцного вапняку, то камінь спочатку підривають.
А Лебединський кар'єр на Курської магнітної аномалії, де маса цієї "кришки" становила 32 млн. Т, допомогли будувати. кораблі. Правда, не звичайні кораблі, а плавучі земснаряди. Спочатку над залежью залізної руди екскаватори викопали велику яму - котлован. Коли його заповнили грунтові води (а підземної води на Курської магнітної аномалії ціле море), туди спустили земснаряди.
У кар'єрі. Справа: схема видобутку відкритим способом.
Автосамосвал «БелАЗ-548» вантажопідйомністю 40 т.
Плавучий земснаряд - це невеликий корабель з ажурною стрілою, як у підйомного крана. До стрілі прикріплена сталева фреза. Коли стріла опускається, фреза впирається в дно котловану і, обертаючись, руйнує це дно. Шматки зруйнованої породи разом з водою затягуються в воронку землесоса і потужними насосами по трубах виносяться з котловану далеко в степ.
Кар'єр побудований. Зараз він нагадує гігантський стадіон: величезні уступи звужується сходами спускаються до його дну. Якщо заглянути вниз, то величезний кар'єр здасться зовсім безлюдним. І дійсно, в кар'єрі працює мало людей - набагато менше, ніж в підземному руднику, хоча руди тут добувають багато більше, ніж в найбільшому підземному руднику.
На кар'єрі працюють такі машини, які в шахті, під землею, просто б не вмістилися. Наприклад, бурові верстати з пальниками, що діють за принципом рідинного реактивного двигуна. У камеру згоряння надходять гас і кисень, а з сопел пальника з надзвуковою швидкістю виривається розпечена до кількох тисяч градусів
Цельсія струмінь газів. Ця струмінь миттєво нагріває дно свердловини, порода розтріскується на великі лусочки, які несуться на поверхню тими ж газами і парою, що утворюється при охолодженні пальника водою. Маса такого верстата становить десятки тонн, по кар'єру він пересувається на гусеницях, як танк. Над гусеницями височить кабіна і висока ажурна щогла.
Ківш сучасного крокуючого екскаватора може захопити до 25 м 3 породи і перенести її на відстань 76-100 м.
Машиніст перевіряє на пульті за показниками приладів тиск кисню, гасу і води і включає верстат. Прикріплена до щогли верстата реактивна пальник опускається, з її сопел з гуркотом виривається розпечена червона струмінь газів. Хвилина - і пальник входить в найміцніший кварцит, як ніж у масло. Гуркіт перетворюється в ледве пробивається з-під землі гул. Тільки по білому пару, що клубочиться над свердловиною, видно, що верстат працює.
На інших уступах кар'єру бурових верстатів не видно. Вони вже зробили там свою справу - пронизали скелю свердловинами. Потім ці свердловини заповнили вибухівкою, руду підірвали. Там тепер працюють скельні екскаватори. Ковшем, в якому містяться десятки тонн каменю, екскаватор зачерпує роздроблений кварцит і вантажить його в вагони.
А на Уралмашзаводі в Свердловську проектують машини ще більш гігантських розмірів - в їх ковші буде міститися більше каменю, ніж в залізничному вагоні. Гіганти екскаватори будуть зсипати викопаний ними грунт прямо в відвал. Для того щоб порода з відвалу не завадила роботі кар'єра, у крокуючих екскаваторів є стріла довжиною 75-100 м. На таку відстань вони можуть віднести наповнений грунтом ківш. Варто тільки подивитися на крокуючий екскаватор - і відразу стає зрозумілим, чому кар'єр набагато продуктивніше шахти. Неможливо навіть уявити собі таку махину під землею.
За останні роки все більше кар'єрів будують без залізничних колій, руду і пусту породу возять там спеціальні кар'єрні автосамоскиди. У цьому є свої переваги. Адже на відміну від заводу на кар'єрі (як і на шахті) робоче місце -забой, уступ - весь час рухається. Викопають руду в одному місці і переходять в інше. Екскаватора або тим більше автомобілю пересунутися на нове місце недовго і простіше, ніж переносити залізничні колії.
Щоб працювати з кар'єрними екскаваторами, потрібні дуже великі автомобілі. Чим більше ківш екскаватора, тим більше повинен бути і кузов автомобіля, інакше екскаватор не зможе набирати корисна копалина повними ковшами. Тому на кар'єрах працюють самоскиди-гіганти, які перевозять за один раз по 70 т вантажу.
Машини безперервної дії
Але машини, про які зараз йшлося, - і екскаватори, і електровози, і автосамоскиди - не самі досконалі з існуючих. Автомобіль спочатку варто під навантаженням, потім їде з вантажем, потім розвантажується, потім порожняком повертається до екскаватора. Корисна робота тут - тільки поїздка з вантажем, а все інше - втрата часу.
Драга - плавуча споруда для видобутку золота з прибережних розсипів.
Величезний роторний екскаватор безперервно подає породу на конвеєр. Його робочий орган - колесо з черпаками, а не ківш, як у звичайних екскаваторів.
На залізничному транспорті при навантаженні і розвантаженні втрачається часу ще більше. Екскаватори більшу частину часу витрачають на повороти від забою і до забою і на розвантаження ковша, а на власне копання - значно менше. Для всіх цих машин характерна робота з перервами, вони - машини періодичної дії.
Там, де корисна копалина і порожні породи, в яких воно залягає, відносно м'які, можна застосувати ще більш продуктивні машини-машини безперервного дії. У нас в країні вони працюють, наприклад, в буровугільних і марганцевих кар'єрах на Україні.
Головна з цих машин - роторний екскаватор. Його призначення - копати. Але робить це роторний екскаватор зовсім не так, як звичайний ковшовий. На кінці його ажурною сталевий ферми обертається ротор - колесо з черпаком. Безперервний потік вугілля, руди або порожньої породи сиплеться на конвеєр, що відносить його від роторного колеса. За одну годину роторний екскаватор викопує і вантажить на конвеєр 3000 м 3 - більше, ніж 10 четирехкубових скельних екскаваторів. Тут немає ні порожніх рейсів, ні втрат часу на навантаження і розвантаження. Людей на таких машинах ще менше, ніж в будь-якому кар'єрі.
Машини безперервної дії іншого типу -драгі - добувають золото з розсипів. Драга - це своєрідний корабель, трохи схожий на земснаряд, але більш складний. Драга оснащена черпаками, безперервно захоплюючими з дна водойми золотоносний пісок, який тут же, на борту, промивається.
Золото залишається на дразі, а порожній пісок конвеєри забирають на берег. Щоб драга могла працювати і в невеликих річках, нерідко влаштовують спеціальні загати.
Драгами можна видобувати не тільки золото, а й інші корисні копалини, які містяться в розсипах, - вольфрам, торій.
Нафтові вишки в море.
