Выбор способа разработки определяется главным образом размерами, конфигурацией и глубиной положения залежи, а также физическими свойствами полезного ископаемого и вмещающих пород.

Открытая разработка - наиболее дешевый способ, поскольку при этом используется мощное производственное оборудование, позволяющее за смену извлекать большое количество полезного ископаемого. Условия работы при открытой разработке менее опасны для здоровья работающих, причем требуется меньшая численность контролирующего персонала, чем при подземной добыче. В процессе открытой разработки первоначально проводят вскрышные работы, т.е. удаление пустых пород, покрывающих залежь.

Для удаления рыхлых вскрышных масс применяются механизмы, используемые в капитальном строительстве, - скреперы, конвейерные погрузчики, механические лопаты, драглайны, многоковшовые роторные экскаваторы и др. Для перемещения пустых пород применяются в основном большегрузные самосвалы, скреперы и ленточные и другие конвейеры, реже - вода, подаваемая под высоким давлением. Если вскрышные породы слишком крепки, то их обрабатывают с помощью тракторов, оснащенных рыхлителями, либо разрушают буровзрывным способом.

Когда залежь или пласт подготовлены к извлечению, выбирается оптимальная система их разработки. Некоторые массивные руды типа знаменитых месторождений меди в каньоне Бингем в штате Юта разрабатываются уступами, которые поступательно подвигаются (рис. 4). Пластовые месторождения (угля, калийных солей и фосфатов) эксплуатируются открытым способом с применением рыхления. На тех карьерах, где для дробления породы требуется проведение буровзрывных работ, при бурении часто используются шнековые или электрические установки или дизельные станки вращательного бурения. Иногда для открытых разработок применяются пневматические устройства типа отбойного молотка или перфоратора, установленные на платформах или на гусеничном шасси. В самых прочных породах наиболее эффективно термическое бурение, при котором для разрушения используется сжигание под давлением нефти или керосина в смеси с кислородом. Термическое бурение достигает температур 3000. С. Взрывные работы при открытой добыче осуществляются с применением порошкообразных взрывчатых веществ (ВВ) или аммиачной селитры. Электрические взрыватели используются чаще, чем обычные детонаторы. Важнейшим фактором при открытых разработках является устойчивость откосов бортов карьера. Если рельеф и свойства горных пород не позволяют осуществить оптимальную выемку с нормальным расположением системы уступов, соответствующим форме рудного тела, то для повышения устойчивости бортов карьера и обеспечения большей крутизны откосов используют тросовые анкеры.

Для погрузки отбитого полезного ископаемого в автомобили или железнодорожные вагоны применяют драглайны или механические лопаты, ковшовые погрузчики с опрокидывающимся назад ковшом. Иногда используются многоковшовые роторные экскаваторы, которые непрерывно перегружают добытый материал на конвейер для перемещения его к пункту погрузки. Производительность крупных роторных экскаваторов достигает 9900 м3/ч.

Подземная разработка рудных месторождений. Способы подземной разработки более многочисленны и сложны, что связано с разнообразием форм рудных тел. Одним из наиболее распространенных является обрушение, применяющееся при разработке массивных рудных тел, в которых при проходке горных выработок и подсечке блоков руды образуются трещины и происходит дробление породы на отдельности. Отбитая руда перепускается в систему откаточных выработок, располагающихся под обрушаемым блоком, и оттуда доставляется на поверхность.

Наиболее разнообразны способы эксплуатации пластообразных рудных тел или жил. Для отработки мощных жил применяют специальные варианты системы с обрушением. Там, где мощные жилы сложены малопрочным материалом, используется разработка длинными очистными забоями, которая начинается с верхней части рудного блока. По мере продвижения над кровлей нижележащего горизонта устанавливается крепь. Отбитая руда сбрасывается на нижний горизонт для последующего подъема на поверхность.

Тонкие жилы отрабатываются системой с магазинированием руды. При этом рудный блок подрывается снизу, часто из вспомогательного штрека, пройденного по жиле выше откаточного штрека; между вспомогательным и откаточным штреками через постоянные интервалы пробивают выработки и оставляют от 5 до 10 рудных целиков. Желоба с затворами располагаются в них таким образом, чтобы отбитая руда могла перепускаться на откаточный горизонт. Затем из вспомогательных или подэтажных штреков вертикально отбивается новая партия руды. После того, как будет выпущено достаточное количество отбитой руды для образования соответствующего рабочего пространства, горняки, располагающиеся на поверхности массива руды, отбитой предыдущей заходкой, разбуривают следующую секцию вертикальной жилы.

Там, где свойства руды не позволяют применять системы с магазинированием, используются системы с закладкой выработанного пространства пустыми породами сразу после отбойки и выемки руды.

Иногда используется система с открытым забоем. Открытое очистное пространство представляет собой подземную полость или камеру, созданную в результате выемки руды. Для устойчивости этой выработки в ней оставляют блоки из неотбитой руды (целики); реже возводится крепь.

При добыче угля чаще всего применяется камерно-столбовая система разработки. См. также УГОЛЬ ИСКОПАЕМЫЙ
.

Бурение. При буровзрывной отбойке прежде всего бурят шпуры для размещения в них ВВ. В течение долгого времени стандартным был ручной способ бурения шпуров; он до сих пор применяется при разведочных работах, в малых рудниках и даже на отдельных изолированных участках крупных рудников, где затраты на обеспечение сжатым воздухом и на механическое оборудование неоправданны. При ручном бурении шпуров обычно используется шестигранный бур диаметром 22 мм, заостренный на конце в виде долота. Бурение шпура, производимое одним человеком, осуществляется с помощью молотка массой 1,8 или 2,2 кг. Для проходки шпуров глубиной 90-150 см используются несколько буров разной длины.

Существуют разные типы механических буровых станков. Большинство операций по бурению в угольных шахтах производится пневматическими или электрическими вращательными установками шнекового типа. В крепких породах обычно используются ударные пневматические поршневые перфораторы, в которых поршень, совершающий возвратно-поступательные движения, наносит сильные удары по хвостовику рабочего органа (бура), эластично закрепленного в патроне на переднем конце перфоратора. В то же время механизм перфоратора предусматривает вращение бура. Перфораторы типа отбойного молотка меньших размеров бывают ручными либо на цилиндрической пневмоподдержке. По мере того, как в процессе бурения рабочий орган перфоратора углубляется, пневмоподдержка поднимается, удерживая положение перфоратора и его рабочего органа на одной линии с пробуриваемым шпуром. Пневматические бурильные молотки большей мощности, называемые колонковыми перфораторами, часто устанавливаются на рамах или колонках, которые, в свою очередь, зажимаются в суппорт на коротком горизонтальном стержне, прикрепленном к вертикальной распорной стойке, закрепленной домкратами между кровлей и почвой горной выработки.

Гидроприводные бурильные устройства вращательного типа позволяют достигать более высоких скоростей бурения и снижения уровня вредных шумов. При проходке больших подземных выработок используются буровые каретки - передвижные устройства, состоящие из нескольких колонковых перфораторов, что ускоряет буровой цикл. Для вертикального обуривания кровли и проходки наклонных скважин применяются пневматические устройства, называемые телескопными перфораторами. В таких системах рабочий орган, сам перфоратор и пневмоцилиндр располагаются на одной линии. Пневматический цилиндр, удерживающий рабочий орган на забое, удлиняется по мере углубления. Буровые станки, монтируемые на передвижных платформах, из-за больших вертикальных габаритов чаще используются на открытых горных выработках. Пневматические перфораторы, применяемые при добыче полезных ископаемых, работают на сжатом (до 860 кПа) воздухе. Для удаления буровой мелочи и подавления пыли используется вода, которая нагнетается к забою через осевой канал поршня-ударника и промывает скважину в пространстве между буром и горными породами.

Буры и коронки. Применяемые буры диаметром от 22 до 150 мм имеют круглое, шестигранное или восьмигранное сечение. Для подачи воздуха или воды, удаляющих шлам, служит продольный осевой канал. На протяжении многих лет коронки припаивались или приваривались к концу бура, и операция замены затупившегося инструмента была очень трудоемкой. Используемые в настоящее время съемные буровые коронки позволяют избежать этой дорогостоящей операции и обеспечить необходимую степень твердости резцов. Существует много видов съемных коронок, в том числе одноразовые и многоразовые. Последние затачивают на специальных станках. Армирование съемных коронок карбидами вольфрама (победит, вокар и др.) обеспечивает их исключительную долговечность по сравнению со сплошными. В процессе бурения вначале используются короткие буры с коронками диаметром 70-76 мм. Через каждые 60-90 см бур заменяется, причем, как правило, требуется коронка немного меньших размеров, поскольку по мере стачивания коронок диаметр шпура уменьшается. Съемные коронки могут быть крестообразными, шестиреберными или однодолотчатыми. Режущие грани коронок обычно располагаются под углом 90?. Как правило, шпуры имеют длину 2-3 м, но при определенных системах разработки производится бурение шпуров глубиной 9-12 м (в этом случае целесообразнее использовать алмазные коронки).

Взрывные работы в подземных выработках. Их эффективность определяется последовательностью взрывания системы шпуров, а также типом, мощностью и качеством ВВ. Обычно используются смеси аммиачной селитры с жидким горючим; для работ в особых условиях, например в обводненных скважинах, в эти смеси добавляют алюминиевый порошок и другие вещества.

Подготовительные выработки. Для проходки подготовительных выработок - стволов, восстающих, штреков и квершлагов - обычно применяют один забой. Реже применяют встречные забои. Используются разные схемы расположения шпуров, но чаще всего - прямые и встречные врубы. Прямые врубы образуются бурением 3-5 параллельных шпуров вблизи центра забоя выработки. Другие параллельные им шпуры пробуриваются в забое на большем расстоянии друг от друга. Для образования зоны разрушенных пород сначала взрывают заряды ВВ во взаимно близко расположенных центральных шпурах, затем взрывают заряды ВВ в оставшихся шпурах. Встречные врубы достигают той же цели с помощью системы шпуров, пробуренных в забое таким образом, что они пересекаются в вершине клина либо трех- или четырехгранной пирамиды. Системы взрывных шпуров называются комплектами. Комплект шпуров обычно бурится на глубину, равную или в 1,5 раза превышающую наименьший размер подвигаемой выработки. Комплекты шпуров, использующие встречные врубы в штреках, имеют названия, соответствующие их расположению и назначению (врубовые, вспомогательные, отбойные, наклонные или восстающие).

Очистные работы. Выемку руды из места ее первоначального залегания, или очистные работы, желательно проводить в нескольких забоях. В таких условиях для дробления полезного ископаемого требуется меньше шпуров и взрывчатых веществ.

Подготовка к взрыванию. Для возбуждения взрыва используют инициирующие ВВ в капсюлях-детонаторах с детонирующими шнурами либо применяют электродетонаторы. Обычно при помощи деревянного шомпола шпуры и скважины заряжают ВВ. Затем вставляют боевой заряд с капсюлем-детонатором, после чего снова забивают и трамбуют ВВ. Аммиачно-селитренные ВВ с жидким горючим заливают или закачивают в скважины. Устье скважины закупоривают песчано-глинистой смесью или другим мягким материалом.

Капсюли-детонаторы представляют собой небольшие, обычно медные, трубки диаметром ок. 6 мм и длиной 50-75 мм. Они закрыты с одной стороны и частично заполнены инициирующим ВВ, которое может детонировать от искры, поступающей от детонирующего шнура или от электрозажигания. Детонирующий шнур изготавливается из непромокаемой текстильной оплетки, внутри которой имеется пороховая дорожка. Скорость сгорания пороха строго контролируется. Чаще всего применяются шнуры, сгорающие со скоростью 1 см/с. В этом случае порядок подрыва управляется путем разделения шнура на отрезки различной длины. Капсюли-детонаторы плотно скрепляются со шнуром, который поджигается с помощью специальных зажигательных трубок, электровоспламенителей или спичек. Промышленные электродетонаторы характеризуются скоростями детонации, отличающимися всего на доли секунды. Как показала практика, замедление детонации на миллисекунды в разных шпурах приводит к оптимальному дроблению пород и ослаблению ударных волн. Электродетонаторы воспламеняются от тока, подаваемого от взрывной машинки, представляющей собой генератор постоянного тока.

Крепление подземных выработок. В подготовительных выработках, таких как штреки и квершлаги, тип и количество крепи определяются состоянием массива горных пород. Для поддержания кровли часто используют лесоматериалы или стальную крепь. Иногда для предотвращения вывалов пород горные выработки бетонируют по контуру. Устанавливаемые деревянные, стальные и бетонные крепи отличаются разнообразием конструкций, отвечающих практически любым специфическим условиям.

Для проведения очистных операций в рудниках необходимы крепления, соответствующие системе разработки и локальному состоянию рудного тела и массива вмещающих пород. При камерно-столбовой разработке угля или калийных руд крепления почти не применяются, так как оставляемые целики (впоследствии тоже извлекаемые) обычно обеспечивают достаточную устойчивость кровли. Крепление квадратными окладами, использующееся в исключительно сложных горно-геологических условиях, требует большого объема крепежных лесоматериалов. Очистные операции осуществляются малыми заходками, при этом сооружается сплошная конструкция деревянных этажей из прямоугольных рам, по углам поддерживаемых стойками. Во многих рудниках, чтобы не обрушилось выработанное пространство, его заполняют пустой породой либо хвостами обогащения. В системах с открытым очистным забоем иногда оставляются отдельные рудные целики. Там, где это оправдано ценностью целиков, они могут извлекаться, а на их место устанавливается крепь из пустых пород. В некоторых рудниках используют бетонную крепь, армированную внешним металлическим бандажом. В ряде случаев крепь распирается путем наполнения резиновых подушек между крепью и кровлей очистной выработки цементным раствором под давлением.

Применяется также анкерная крепь, пригодная для разных условий, не требующая большого расхода крепежных материалов и не особенно трудоемкая. При анкерном креплении в скважинах глубиной 150-180 см устанавливают специальные стержни диаметром 25-45 мм. Конец стержня в скважине снабжен закрепляющим клином или распорной муфтой. На выступающую часть стержня надевается тяжелая шайба или опорная плита, на крепежное устройство навинчивается натяжная гайка. Анкерная крепь чаще всего устанавливается рядами с интервалами 150-300 см. Иногда вместо шайб или опорных плит используются стальные втулки, через которые вставляются различные анкеры. В угольных шахтах аналогичным образом применяются анкеры, поддерживающие кровлю пластов. Обычно анкеры имеют диаметр 15-18 мм и устанавливаются по квадратной или прямоугольной сетке горных выработок с шагом 1-2 м. Во многих шахтах вместо анкеров с механическими замками применяются системы с закреплением анкеров полимерами, позволяющие эффективно скреплять породы кровли, образуя устойчивую структуру типа балки.

Погрузка и транспортировка. В течение многих лет для погрузки руды и доставки ее на поверхность применялись весьма несовершенные методы. Первоначально использовались лопаты, и уголь вручную загружался в корзины, которые рабочими выносились на поверхность. Позже стали применять вагонетки емкостью до 1 т, которые загружали вручную и толкали к выходу или околоствольному бункеру, откуда порода поднималась на поверхность. Там, где очистные работы велись выше уровня колеи, вагонетки загружались из рудоспусков самотеком под действием силы тяжести и откатывались к следующему пункту перегрузки. Во многих крупных открытых рудниках существует разветвленная сеть рельсовых путей, по которым на грузовых составах, ведомых электровозами или локомотивами на аккумуляторах, перевозятся сотни тонн руды.

В настоящее время для погрузки породы и руды используются механические погрузочные машины и автоматические погрузчики. Механические погрузочные машины подбирают материал и грузят в вагонетку. Автоматические погрузчики на колесном или гусеничном ходу внедряют кромку погрузочного органа достаточно далеко в отбитый материал, загребные лапы непрерывно подают его на цепной или ленточный конвейер, который выгружает руду со скоростью от 4 до 10 т/мин.

В выработках, не оборудованных рельсовыми путями, автоматические погрузочные машины загружают материал в автомобили с конвейерами в донной части. Эти доставочные машины перевозят материал от пункта погрузки к распределительной станции системы ленточных конвейеров, транспортирующих его непосредственно на поверхность или к стволу для последующего подъема. Крутонаклонные ленточные конвейеры могут перемещать породу под углом 30-40?. Некоторые безрельсовые погрузчики оснащены опрокидывающимися ковшами, смонтированными на колесных шасси.

В некоторых очистных операциях, а также в тех выработках, где руда отбивается с обрушением кровли, материал перемещается к следующему пункту перегрузки с помощью пневмо- или электроприводных скреперов либо лотковыми конвейерами. В большинстве систем с обрушением кровли скреперы разгружаются на грохоты, просеивающие материал через расположенные в определенном порядке тяжелые рельсы или штанги, не пропускающие куски, превышающие расстояние между этими штангами. Эти негабаритные куски разбиваются ручными кувалдами или пневматическими отбойными молотками.

Погрузка и транспортировка отбитого материала составляют один из наиболее дорогостоящих процессов добычи, особенно по мере увеличения глубины горных работ и их удаления от выработок, имеющих выход на поверхность.

полезных ископаемых, совокупность геологоразведочных работ и связанных с ними исследований, проводимых для выявления и геолого-экономической оценки запасов минерального сырья в недрах. По данным разведки выясняются: геологическое строение месторождения, закономерности пространственного размещения, условия залегания, формы, размеры и строение залежей полезных ископаемых, количество и качество минерального сырья в недрах, его технологические свойства и факторы, определяющие условия ведения последующих эксплуатационных работ.

Р. м. следует за стадиями геологической съёмки (См. Геологическая съёмка) и поисков геологических (См. Поиски геологические); включает две предпроектные стадии: предварительную и детальную. Предварительной разведкой выясняют схему геологического строения участка, общие масштабы промышленной минерализации, среднее качество минерального сырья в недрах, целесообразность и очерёдность промышленного освоения месторождения. Детальная разведка проводится на месторождениях, намеченных к первоочередному освоению, и обеспечивает сведения, необходимые для проектирования горного предприятия. В отличие от предварительной стадии, объектом детальной разведки может быть не всё месторождение, а отдельные залежи полезного ископаемого. В условиях действующего горного предприятия осуществляются: эксплуатационная разведка - для выяснения строения, состава и качества залежей в пределах отдельных эксплуатационных единиц - этажей, панелей, блоков или уступов и дальнейшая разведка в пределах горного отвода - для детализации геологического строения в глубинных частях и на флангах месторождений, выявления новых залежей и оценки запасов в них полезных ископаемых.

Геологоразведочные работы сводятся к прослеживанию минерализованных участков недр и оконтуриванию месторождений полезных ископаемых (См. Оконтуривание месторождений полезных ископаемых) путём их выборочного пересечения разведочными скважинами и горными выработками (см. Горно-буровая разведка, Разведочное бурение, Разведочные горные выработки). Совокупность пересечений образует разведочную сеть - системы пространственно упорядоченных искусственных обнажений, которые подвергаются детальному изучению и опробованию. Разведка пластовых и изометрических залежей полезных ископаемых проводится по квадратной а вытянутых - по прямоугольной сети (рис.). Маломощные рудные жилы часто прослеживаются горными выработками по простиранию и падению. Тела полезных ископаемых, залегающие непосредственно под покровом рыхлых отложений, разведуются канавами и шурфами. Разведку глубоко залегающих месторождений осуществляют разведочными скважинами. Подземные горные выработки применяют для разведки сложнопостроенных месторождений твёрдых полезных ископаемых, когда получение достоверных данных возможно только путём непосредственного изучения минерализованных участков недр.

В горных выработках и скважинах проводятся геологические, геохимические, геофизические, гидрогеологические и инженерно-геологические исследования. Керны и стенки горных выработок документируют - фотографируют или зарисовывают, отбирают образцы полезных ископаемых и вмещающих горных пород, описывают их состав, структуру и т.п. Изучают первичные ореолы полезных элементов и элементов-спутников вокруг залежей полезных ископаемых (см. Геохимические поиски). Проводят инклинометрию (См. Инклинометрия), комплексный каротаж скважин, подземные геофизические исследования и наблюдения за режимом подземных вод; изучают горнотехнические свойства полезных ископаемых и вмещающих пород.

Опробование скважин и горных выработок применяют для оценки средних содержаний полезных компонентов и вредных примесей, выявления технологических и технических свойств полезных ископаемых. Оно сводится к систематическому отбору проб и их анализам или оценке качества минерального сырья в скважинах и выработках геофизическими методами. По результатам изучения и опробования составляются геологические планы и разрезы, оконтуриваются и подсчитываются Запасы полезных ископаемых. Подсчёт запасов выполняется на основе кондиций, регламентирующих требования промышленности к качеству полезного ископаемого, условиям оконтуривания запасов, разработки и переработки минерального сырья. Наиболее существенные погрешности подсчёта запасов (т. н. погрешности аналогий) возникают в связи с распространением данных, полученных по разведочным пересечениям на примыкающие к ним объёмы недр. Величины этих погрешностей зависят от сложности геологического строения месторождений, изменчивости свойств полезных ископаемых в недрах, геометрии разведочной сети и подсчётных блоков. При подсчётах запасов проводится математическая обработка исходных данных, учитывающая влияние перечисленных факторов.

Как самостоятельная ветвь учения о полезных ископаемых и горной науки Р. м. оформилась в СССР в 20-30-х гг. и получила развитие в трудах И. С. Васильева, В. М. Крейтера, Н. В. Барышева, П. М. Татаринова и др.

Лит.: Подсчет запасов месторождений полезных ископаемых, М., 1960; Теоретические основы и методы поисков и разведки скоплений нефти и газа, М., 1968; Крейтер В. М., Поиски и разведка месторождений полезных ископаемых, 2 изд., М., 1969.

А. Б. Каждан.

Схема разведки месторождения: 1 - слой рыхлых отложений; 2 - известняки; 3 - рудная залежь; 4 - граниты; 5 - разведочные канавы; 6 - разведочные скважины.