Земная кора и геологическая деятельность человека

 

Также по своему составу отличаются верхняя и нижняя часть континентальной коры. В значительной мере это связано с формированием коровых магм, которые возникают из-за плавления пород земной коры. При плавлении разных по составу пород выплавляются магмы, в достаточно большом количестве состоящие из кремнезема и окисла алюминия (они содержат обычно более 64% SiO2), а оксиды железа и магния остаются в глубинных горизонтах в виде нерасплавленного «остатка». Имеющие малую плотность расплавы, внедряются в более высокие горизонты земной коры, обогащая их SiO2 и Al2O3.

 

Химический состав верхней и нежней континентальной коры

 

(по Тейлору  и Мак-Леннану)

 

Окислы	Содержание, вес %
	Верхняя кора	Нижняя кора
SiO2	66,0	54,40
TiO2	0,5	1,0
Al2O3	15,2	16,1
FeO	4,5	10,6
MgO	2,2	6,3
CaO	4,2	8,5
Na2O	3,9	2,8
K2O	3,4	0,28

 

Глава 2.Геологическая деятельность и земная кора. Горная промышленность

В развитии экономики России, а также других стран мира важную роль играет освоение природных ресурсов и, в частности, недр земли. В широком смысле понятие «недра» включают в себя земную кору, мантию земли и ее ядро от поверхности до центра земного шара. В более узком смысле это часть земной коры, которая практически осваивается человеком. Необходимые потребности человеческого общества и уровень его научно-технических возможностей определяют глубину проникновения в недра и масштабы их освоения.

Итак, освоение недр земли — это область деятельности человека, связанная с исследованием и практическим использованием земной коры в интересах экономического развития стран мира и установления требуемого уровня жизнеобеспечения общества.

Под практическим использованием земной коры в данном случае следует понимать освоение всех видов заключенных в ней ресурсов. Ресурсы недр или георесурсы – это природные компоненты, которые на данном уровне развития производительных сил используются или могут быть использованы в качестве средств производства и предметов потребления. К георесурсам относятся месторождения газообразных твердых и жидких полезных ископаемых;отходы переработки обогатительного и металлургического производств; отвалы добытых забалансовых полезных ископаемых и горных пород, оставшихся после проходки вскрывающих выработок, в которых содержатся полезные ископаемые; подземные гидроресурсы, которые включают в себя пресные минеральные и термальные воды; внутреннее тепло недр земли.

Горное дело - это отрасли науки и техники, охватывающие процессы извлечения (добычи) из недр Земли полезных ископаемых (Горная наука, Горная промышленность).

На протяжении долгого времени  горное дело включало добычу только твёрдых полезных ископаемых (нерудные строительные материалы, руда и др.). И только во второй половине 19 в. начинает развиваться добыча нефти, а в начале 20 в. — природного газа.

В зависимости от способа производства горные работы делят на ручные, машинные, гидравлические и взрывные.

 

Ручные горные работы выполняют с помощью ручных инструментов (кайла, лопаты, клиньев,  ломиков). Как самостоятельный вид горных работ, ручные работы утратили своё значение и являются вспомогательными при других горных работах.

 

Машинные горные работы выполняют с помощью горных машин, приводимых в действие электрической, пневматической (сжатым воздухом) и гидравлической (водой под давлением) энергией. Горные машины разделяются на машины, производящие разрушение полезных ископаемых и пород, их погрузку (навалку) на транспортные средства, выдающие полезное ископаемое или породу за пределы очистного или проходческого забоя, а также осуществляющие крепление в подземных условиях очистных и проходческих выработок.

 

В соответствии с выполняемыми функциями выделяют: бурильные машины, выемочные (добычные и проходческие) горные машины, врубовые, погрузочные машины и крепи (индивидуальные и механизированные).К выемочным горным машинам относятся: одноковшовые и многоковшовые экскаваторы, очистные и проходческие комбайны, угольные струги,  гидромониторы ,бульдозеры, скреперы, ,земснаряды и драги.

 

 

Рис.3 Многоковшовый экскаватор

 

 

Гидравлические горные работы применяют на гидрошахтах. При этом уголь, а иногда и породу разрушают струёй воды, которая выбрасывается  из гидромонитора со скоростью 100 м/с. При ударе струи воды об уголь в нем образуется трещины, попадая в которые вода разрушает его. Этой же водой осуществляется и транспортирование угля. Кроме того,  применяют механогидравлический способ выемки и транспортирования угля, при котором уголь вынимают комбайном, а транспортируют струей воды.

Взрывные работы применяют для разрушения (выемки) породы при проведении горных выработок, а также угля в очистных выработках (лавах). Сущность взрывных работ состоит в том, что при взрыве заряда ВВ в глубине массива пород возникает давление газов, образовавшихся при взрыве достигающее десятков тысяч мегапаскалей.  Это давление разрушает и выбрасывает определенный объем породы.

Взрывные работы могут применяться в породах  различной крепости, но наиболее экономичны они в породах средней крепости и крепких, т.е. в тех условиях, когда другие виды горных работ недостаточно эффективны или их вовсе применять нельзя.

Добыче полезных ископаемых предшествует их разведка (Разведка месторождений полезных ископаемых),она необходима для определения запасов, качества руд и экономической целесообразности эксплуатации данного месторождения, производственной мощности горного предприятия, способов разработки месторождения. В последнее время широкое применение получают геофизические методы разведки, также развиваются микробиологичская разведка и геохимические поиски.

 

Когда выявлены достаточные запасы полезного ископаемого, а также техническая и экономическая целесообразность его использования, приступают к разработке месторождения. Для этого по определённому плану проводится сеть подземных или открытых горных выработок или бурятся скважины.Затем для вскрытия месторождения строятся необходимые надземные и подземные сооружения.

 

По правилам технической эксплуатации шахт из подземных выработок должны быть два или более выходов на земную поверхность: по-первому должен поступать свежий воздух, по-второму выходит отработанный. Такими выходами обычно являются, вскрывающие месторождение и соединённые между собой, выработки: штольни, вертикальные или наклонные шахтные стволы. Глубина вертикальных стволов иногда превышает 2000 м. Способы проходки стволов, как и др. горных выработок, зависят от характера и обводнённости пересекаемых ими пород. По мере выемки породы стенки горных выработок крепятся для предотвращения их обрушения.

 

После вскрытия месторождения, проводят выработки по полезному ископаемому, задача которых — подготовка месторождения к очистным работам (так называемые подготовительные работы). После проведения подготовительных работ приступают к очистным работам, цель которых извлечение полезного ископаемого.

 

Забои для производства очистных работ называются очистными, а выработки, образующиеся при этом — это очистные выработки. Установленный для данных естественно-геологических и технико-экономических условий порядок проведения во времени и пространстве подготовительных и очистных работ, так называемая система разработки месторождения.

 

Подготовительные и очистные работы по добыче полезных ископаемых обычно производятся машинами: буровыми, породопогрузочными, комбайнами и др.

Добытые полезные ископаемые доставляются от очистного забоя к земной поверхности рудничным транспортом: транспортировка грузов и людей по шахтному стволу осуществляется шахтным подъёмом.

Все подземные горные выработки снабжаются свежим воздухом. В них должно быть установлено стационарное электрическое освещение, а рабочим выданы переносные рудничные лампы. Скопляющаяся в подземных выработках вода постоянно удаляется системой рудничного водоотлива. Специальные службы следят за правильностью и безопасностью подземных работ, принимают меры для предотвращения и ликвидации пожаров, аварий, катастроф и их последствий.

Горная промышленность берет свое начало с давних времен и развивается вплоть до нынешнего времени. В период родового строя также проводились горные выработки, иногда с деревянным креплением. Для горных работ применялись каменные орудия и кайлы из оленьего рога.

 

2.1 Разведка месторождений

Разведка месторождений полезных ископаемых (геологоразведка) — совокупность исследований и работ, осуществляемых с целью выявления и оценки запасов полезных ископаемых. В ходе геологической разведки выявляются следующие параметры залежей полезных ископаемых:

• геологическое строение месторождения полезных ископаемых;
• пространственное расположение, условия залегания, формы, размеры и строение залежей;
• количество и качество полезных ископаемых;
• технологические свойства залежей и факторы, определяющие условия эксплуатации месторождения.

Добыче полезных ископаемых, как уже было сказано, предшествует разведка месторождений. Это дорогостоящее занятие, которое связано с высокой степенью риска, для жизни человека. Если разведка прошла успешно, то все затраты окупаются. Многие страны вкладывают средства в эти исследования, конкурируя за перспективные в этом отношении области.

Предварительная разведка чаще всего проводится небольшими группами геологов на незнакомой местности. Геологи могут проводить следующие работы: изыскания, геологическое картографирование и взятие проб, геофизические съемки,широкомасштабное или предварительное выборочное геохимическое исследование. Более детальное исследование начинается на фазе целевых испытаний, когда приобретены права на разработку месторождения. Детальная разведка на месте включает в себя: геологическое картографирование, забор проб и геохимические геофизические съемки; для контроля этой разведки нужна сетка съемок. Для получения пробы, приходится копать траншеи или бурить скважины, в этом случае возникает необходимоть использования тяжелого оборудования: обратных лопат, одноковшовых экскаваторов, бульдозеров, буров и, иногда, даже взрывчатых веществ.

 

Иногда результаты предварительной разведки бывают достаточно обнадеживающими, чтобы оправдать более широкомасштабную разведку, с большим объемом проб, для обоснования экономической перспективности месторождения. Такой результат, может быть, достигнут интенсивным бурением, однако, чаще требуется рытье траншей или забор подземных образцов. Для того чтобы получить доступ к подземным залежам, иногда проходят вертикальные, наклонные стволы или штольня. Текущая работа выполняется шахтерами, однако большинство горнодобывающих компаний возлагает ответственность за забор подземных образцов на геологов-изыскателей.

 
2.1.1 Здоровье и безопасность

Прежде наниматели редко осуществляли программы безопасности разработок или следили за безопасностью исследований. Даже сегодня изыскатели часто недостаточно серьезно относятся к вопросам безопасности. А ведь безопасность проведения работ очень важна для изыскателей. К счастью, многие горно-изыскательские компании стремятся изменить сложившиеся положение вещей и требуют, чтобы работники и подрядчики следовали установленным правилам техники безопасности. 
 Изыскательская работа обычно носит сезонный характер. Поэтому работа проводиться в сжатые сроки, иногда без соблюдения правил безопасности. Затем, по мере того, как работа приближается к завершающему этапу, опасность и количество факторов риска сильно возрастают. Для проведения предварительной разведки на местности необходима небольшая полевая артель и стоянка. Более детальное широкомасштабное исследование, как правило, требует большого полевого лагеря, чтобы вместить большее число работников и подрядчиков. Вопросы безопасности (особенно просвещение персонала по основным вопросам личного здоровья, факторам риска, связанным с жизнью во временном лагере и с характером работы, по вопросам техники безопасности при использовании оборудования и при передислокации) имеют огромное значение для геологов, у которых, возможно, еще нет опыта полевой работы. 
      
Поскольку разведка часто проводится в отдаленных районах, транспортировка в больницу может быть затруднена и зависит от погоды и условий видимости. Поэтому порядок действий и связь при несчастных случаях должны быть тщательно спланированы до начала полевых работ. 

2.1.2 Предотвращение опасностей для здоровья людей

При разведке рабочие вынуждены выполнять тяжелую физическую работу: поднятие тяжестей, переходы по пересеченной местности, использование потенциально опасного оборудования. Они часто работают в плохих погодных условиях (холод, жару,  во время дождя или снега, иногда в условиях высокогорья). При монтаже на месте важно, чтобы персонал, находился в хорошей физической форме и был здоров. Работники должны пройти всю необходимую иммунизацию и не иметь инфекционных болезней (например, гепатита, туберкулеза или других вирусных заболеваний), которые могут быстро распространиться в лагере. Наличие этих болезней может выявить медицинский осмотр, который проходят все геологи перед походом. В идеале, все изыскатели должны быть обучены оказанию первой медицинской помощи и пройти соответствующую аттестацию. В больших лагерях должен быть, по крайней мере, один специалист, обученный более сложным или специальным приемам ПМП и имеющий соответствующее удостоверение.