Kaevandamine

Kaevandamine - kasulike mineraalide kaevandamine Maa pinnalt, sealhulgas meredelt. Mineraal, väheste eranditega, on looduses esinev anorgaaniline aine, millel on kindel keemiline koostis ja eristatavad füüsikalised omadused või molekulaarstruktuur. (Üht orgaanilist ainet, kivisütt, käsitletakse sageli ka mineraalina.) Maak on metalliline mineraal või metalliliste mineraalide ja jõhviku (seotud kivim, millel puudub majanduslik väärtus) agregaat, mida saab kaevandada kasumlikult. Maavarade maardlana tähistatakse kasuliku maavara looduslikku esinemist, maagi maardlana aga maavarade maardlat, mis on piisava ulatuse ja kontsentratsiooniga, et kutsuda see kasutusele.

Maavarade ladestumise hindamisel on äärmiselt oluline silmas pidada kasumit. Maavara üldkogust konkreetses maardlas nimetatakse maavara inventuuriks, kuid maagireserviks nimetatakse ainult seda kogust, mida saab kasumlikult kaevandada. Kuna maavara müügihind tõuseb või kaevandamiskulud langevad, suureneb maagi klassifitseeritud maavaravaru osakaal. Ilmselt on ka vastupidine olukord ja kaevandus võib tootmise lõpetada, kuna (1) mineraal on ammendatud või (2) hinnad on langenud või kulud nii palju tõusnud, et see, mis kunagi oli maagi all, on nüüd ainult mineraal.

Ajalugu

Arheoloogilised avastused näitavad, et kaevandamine viidi läbi muinasajast. Ilmselt oli esimeseks kasutatud mineraaliks tulekivi, mis oma konhoidaalse purunemismustri tõttu võis puruneda teravate servadega tükkideks, mis olid kasulikud kaabitsa, noa ja nooleotstena. Neoliitikumi perioodil ehk uuel kiviajal (umbes 8000–2000 bce) uputati Prantsusmaal ja Suurbritannias kuni 100 meetri (330 jalga) sügavused šahvid pehmetesse kriidimaardlatesse, et kaevandada seal leiduvaid tulekiviga veerisid. Pigmentidena kasutati muid mineraale, nagu punane ooker ja vaskmineraalmalahhiit. Maailma vanim teadaolev maa-alune kaevandus uppus rohkem kui 40 000 aastat tagasi Svaasimaal Ngwenya mägedes asuvas Bomvu mäestikus kaevanduse ookeani jaoks, mida kasutati matusetseremooniatel ja keha värvimisel.

Kuld oli üks esimesi kasutatud metalle, seda kaevandati liiva ja kruusa vooluveekogudest, kus see keemilise stabiilsuse tõttu oli puhas metall. Ehkki keemiliselt vähem stabiilne, esineb vask natiivsel kujul ja oli tõenäoliselt teine ​​avastatud ja kasutatud metall. Hõbedat leiti ka puhtalt ja seda hinnati korraga kõrgemalt kui kulda.

Ajaloolaste sõnul kaevandasid egiptlased Siinai poolsaarel vaske juba 3000 bce, ehkki mõni pronks (tinaga legeeritud vask) on dateeritud juba 3700 bce. Raud on dateeritud juba 2800 bice; Egiptuse rauamaagi sulatamise rekordid on alates 1300 bce. Troy iidsetest varemetest leiti pliid juba 2500 bc.

Üks varasemaid tõendeid kividest kividega ehitamise kohta oli Egiptuse suurte püramiidide ehitamine (2600 bce), millest suurim (Khufu) on 236 meetrit (775 jalga) piki aluskülge ja sisaldab umbes 2,3 miljonit kahe plokiga paekivi ja punase graniidi liigid. Arvatakse, et lubjakivi kaevandati üle Niiluse. Kuni 15 000 kg (33 000 naela) kaaluvad klotsid veeti pikkade vahemaade taha ja tõsteti kohale ning need näitasid täpset lõikamist, mille tulemuseks oli hästi paigaldatud müüritis.

Üks kaevandamismeetodite kõige täielikumaid varasemaid töötlemisviise Euroopas on Saksa teadlase Georgius Agricola teoses De re metallica (1556). Ta kirjeldab võllide ja tunnelite juhtimise üksikasjalikke meetodeid. Pehme maagi ja kivimi kaevandamiseks kulus vaevaga korjamist ja kõvema maagi koristamist haamri, kiilude või kuumusega (tulekahju seadmine). Tulekahju seadmine hõlmas hunniku palkide hõõrumist kivipinna juurde ja nende põletamist. Kuumus nõrgestas või murdis kivimit soojuspaisumise või muude protsesside tõttu, sõltuvalt kivimi ja maagi tüübist. Toorventilatsiooni ja pumpamissüsteeme kasutati vajadusel. Võllide ja tõusude tõstmine tehti esiklaasiga; vedu oli veoautodes ja kärudes. Tunnelites kasutati puidust tugisüsteeme.

Kaevandamisel tehti suuri edusamme, kui musta pulbri saladus jõudis läände, tõenäoliselt Hiinast hiliskeskajal. See asendati 19. sajandi keskpaigas lõhkeainena dünamiidiga ja alates 1956. aastast on laialdaselt kasutusele võetud nii ammooniumnitraadiga kütust lõhkavad ained kui ka suspensioonid (veesegud, kütused ja oksüdeerijad). Lõhkeainete paigutamiseks aukude puurimiseks kasutati kõigepealt kiilukujulise teravusega puurit ja haamrit, mis seejärel laaditi aukudesse ja detoneeriti kivimi purustamiseks. Kogemused näitasid, et kaevandustes maksimaalse purunemise saavutamiseks on oluline aukude õige paigutamine ja laskmise järjekord.

Suruõhuga töötavate mehaaniliste puuride (pneumaatilised haamrid) leiutamine suurendas märkimisväärselt kõva kivimi kaevandamise võimet, vähendades kaevetööde kulusid ja aega mitu korda. Teadaolevalt leiutas inglane Richard Trevithick 1813. aastal pöörleva auruajamiga puurvarda. Mehaanilised kolbpuurid, mis kasutavad puurvarrastele kinnitatud naelu ja liiguvad silindri kolbina üles ja alla, pärinevad 1843. aastast. Saksamaal 1853. aastal puur, mis meenutas leiutati kaasaegsed õhupuurid. Kolbpuurid asendati suruõhuga käitatavate haamriga külvikutega ja nende jõudlus paranes parema konstruktsiooni ja kvaliteetse terase kättesaadavuse tõttu.

Puurimise arenguga kaasnesid laadimismeetodite täiustused, alates kühvlitega käsitsi laadimisest kuni erinevat tüüpi mehaaniliste laaduriteni. Samuti arenes vedu inimeste ja loomade veost elektriliste vedurite ja konveierite poolt vedatavatele miiniautodele ning suure kandevõimega kummist väsinud sõidukitele. Sarnane areng toimus ka pinnakaevandamises, suurendades tootmismahtu ja alandades drastiliselt metalliliste ja mittemetalltoodete kulusid. Pinnase söe kaevandamisel kasutatavaid suuri kaevamisratastega raiumismasinaid kasutatakse muud tüüpi avakaevandustes.

Kuni James Watt leiutas 18. sajandil aurumasina, oli vee sissevool maa-aluses kaevandamises väga oluline probleem. Pärast seda saaks päeva sügavatest kaevandustest vee eemaldamiseks kasutada auruga töötavaid pumpasid. Varased valgustussüsteemid olid lahtise leegiga, koosnesid küünlatest või õlitapist. Viimases tüübis põletati söeõli, vaalaõli või petrooleumi. Alates 1890. aastatest tekkis tuleohtlik atsetüleengaas, lisades vett kaltsiumkarbiidile lambi põhjas ja vabastades seejärel joa kaudu ereda metallipeegeldi keskel. Ränikivisüütel tegi need niinimetatud karbiidlambid kergeks. 1930ndatel hakkasid miinidesse jõudma patareitoitega lambid ja sellest ajast alates on tehtud mitmesuguseid parandusi valguse intensiivsuse, aku kestvuse ja kaalu osas.

Ehkki kaevurite ja mäetööstuse ümber on kogunenud palju müütilist pärimust ja romantikat, on tänapäevases mäetööstuses tugevust pakkuvad masinad ja väljaõppinud kaevurid, kes pakuvad ajusid, mis on vajalikud selle väga konkurentsitiheda tööstuse valitsemiseks. Tehnoloogia on arenenud nii kaugele, et kulla kaevandatakse nüüd maa alla 4000 meetri sügavusel (umbes 13 100 jalga) ja sügavaimad pinnakaevandused on kaevatud enam kui 700 meetrini (umbes 2300 jalga).