Gruvteknik

Ej att förväxla med gruvgeologi .
Ytguldgruva med dragbil i förgrunden

Gruvdrift inom ingenjörsdisciplinen är utvinning av mineraler underifrån, dagbrott, ovanför eller på marken. Gruvteknik är förknippat med många andra discipliner, såsom mineralbearbetning , prospektering, utgrävning, geologi och metallurgi , geoteknisk ingenjörskonst och lantmäteri . En gruvingenjör kan hantera vilken fas som helst av gruvdriften, från prospektering och upptäckt av mineraltillgångarna, genom förstudie , gruvdesign, utveckling av planer, produktion och drift till gruvstängning .

Med processen för mineralutvinning genereras en viss mängd avfall och oekonomiskt material som är den primära källan till förorening i närheten av gruvor. Gruvverksamhet orsakar till sin natur en störning av den naturliga miljön i och kring vilken mineralen finns. Gruvingenjörer måste därför inte bara ägna sig åt produktion och bearbetning av mineralråvaror, utan också med att mildra skador på miljön både under och efter brytningen till följd av förändringen av gruvområdet. Sådana industrier går igenom stränga lagar för att kontrollera föroreningar och skador på miljön och regleras regelbundet av de berörda avdelningarna.

Gruvteknikens historia

Från förhistorisk tid till nutid har gruvdrift spelat en betydande roll i mänsklighetens existens . Sedan starten av civilisationen har människor använt sten och keramik och senare metaller som finns på eller nära jordens yta. Dessa användes för att tillverka tidiga verktyg och vapen . Till exempel användes flinta av hög kvalitet som hittades i norra Frankrike och södra England för att sätta eld och bryta sten. Flintagruvor har hittats i kritområden där sömmar av stenen följdes under jorden av schakt och gallerier. Den äldsta kända gruvan i arkeologiska uppgifter är "Lejongrottan" i Eswatini . På denna plats, vilken radiokoldatering indikerar att vara omkring 43 000 år gammal, bröt paleolitiska människor mineralhematit , som innehöll järn och maldes för att producera det röda pigmentet ockra .

De gamla romarna var innovatörer av gruvteknik . De utvecklade storskaliga brytningsmetoder, såsom användningen av stora volymer vatten som fördes till gruvhuvudet av talrika akvedukter för hydraulisk gruvdrift . Det exponerade berget anfölls sedan av eldsättning där eld användes för att värma berget, som skulle släckas med en vattenström. Den termiska chocken spräckte stenen, vilket gjorde att den kunde avlägsnas. I vissa gruvor använde romarna vattendrivna maskiner som omvända vattenhjul . Dessa användes flitigt i koppargruvorna i Rio Tinto i Spanien, där en sekvens bestod av 16 sådana hjul arrangerade i par och lyfte vatten cirka 80 fot (24 m).

Svartkrut användes först vid gruvdrift i Banská Štiavnica , kungariket Ungern (dagens Slovakien ) 1627. Detta gjorde det möjligt att spränga sten och jord för att lossa och avslöja malmådror, vilket var mycket snabbare än att elda. Den industriella revolutionen såg ytterligare framsteg inom gruvteknik, inklusive förbättrade sprängämnen och ångdrivna pumpar, hissar och borrar så länge de förblev säkra.

Utbildning

Colorado School of Mines

Det finns många sätt att bli gruvingenjör men alla inkluderar en universitets- eller högskoleexamen. I första hand omfattar utbildningen civilingenjör (B.Eng. eller BE), Bachelor of Science (B.Sc. eller BS), Bachelor of Technology (B.Tech.) eller Bachelor of Applied Science (BASc.) i gruvteknik . Beroende på land och jurisdiktion, för att vara licensierad som gruvingenjör en magisterexamen ; Civilingenjör (M.Eng.), Civilingenjör (M.Sc eller MS) eller Master of Applied Science (MASc.) kan krävas. Det finns också gruvingenjörer som har kommit från andra discipliner, t.ex. från ingenjörsområden som maskinteknik , civilingenjör , elektroteknik , geoteknik , miljöteknik eller från naturvetenskapliga områden som geologi , geofysik , fysik , geomatik , geovetenskap , matematik , dock, denna väg kräver att du tar en examen som M.Eng, MS, M.Sc. eller MASc. i gruvteknik efter att ha tagit examen från ett annat kvantitativt grundprogram för att bli kvalificerad som gruvingenjör.

De grundläggande ämnena för gruvteknikstudier inkluderar vanligtvis:

I USA erbjuder cirka 14 universitet en BS-examen i gruv- och/eller mineralteknik. De högst rankade universiteten inkluderar Michigan Technological University , South Dakota School of Mines and Technology , Virginia Tech , University of Kentucky , University of Arizona , Pennsylvania State University och Colorado School of Mines . En komplett lista kan nås från smenet.org . De flesta av dessa universitet erbjuder MS och Ph.D. grader också.

I Kanada finns det 19 grundutbildningsprogram i gruvteknik eller motsvarande. McGill University Faculty of Engineering erbjuder både grundexamen (B.Sc., B.Eng.) och examen (M.Sc., PhD) i gruvteknik. och University of British Columbia i Vancouver erbjuder en Bachelor of Applied Science (BASc.) i gruvteknik och även examen (MASc. eller M.Eng and Ph.D.) i gruvteknik.

I Europa är de flesta program integrerade (BS plus MS i ett) efter Bolognaprocessen och tar 5 år att slutföra. I Portugal erbjuder universitetet i Porto en M.Eng. i gruv- och geo-miljöteknik och i Spanien erbjuder Madrids tekniska universitet grader i gruvteknik med spår inom gruvteknik, gruvdrift, bränslen och sprängämnen, metallurgi. I Storbritannien erbjuder Camborne School of Mines ett brett urval av BEng- och MEng-grader inom gruvteknik och andra gruvrelaterade discipliner. Detta görs genom University of Exeter . I Rumänien är universitetet i Petroșani (tidigare känt som Petroşani Institute of Mines , eller sällan som Petroşani Institute of Coal ) det enda universitetet som erbjuder en examen i gruvteknik, gruvbevakning eller underjordisk gruvkonstruktion, om än efter stängningen av Jiu Valley kolgruvor, dessa grader hade fallit ur intresse för de flesta gymnasieutexaminerade.

I Sydafrika inkluderar ledande institutioner University of Pretoria , som erbjuder en 4-årig Bachelor of Engineering (B.Eng in Mining Engineering) samt forskarstudier inom olika specialområden som bergteknik och numerisk modellering, explosivteknik, ventilationsteknik, underjordiska gruvmetoder och gruvdesign; och University of the Witwatersrand som erbjuder en 4-årig Bachelor of Science in Engineering (B.Sc.(Eng.)) i gruvteknik samt forskarutbildning (M.Sc.(Eng.) och Ph.D.) i Gruvteknik.

Vissa gruvingenjörer fortsätter med doktorandutbildningar såsom Doctor of Philosophy (Ph.D., DPhil), Doctor of Engineering (D.Eng., Eng.D.) dessa program involverar en mycket betydande originalforskningskomponent och är vanligtvis ses som ingångspunkter till akademin .

I Ryska federationen utbildar 85 universitet i alla federala distrikt specialister för mineraltillgångssektorn. 36 universitet i alla federala distrikt utbildar specialister för utvinning och bearbetning av fasta mineraler (gruvor). 49 universitet i alla federala distrikt utbildar specialister för utvinning, primär bearbetning och transport av flytande och gasformiga mineraler (olja och gas). 37 universitet i alla federala distrikt utbildar specialister för geologisk utforskning (tillämpad geologi, geologisk utforskning). Bland universiteten som utbildar specialister för mineralresurssektorn är 7 federala universitet, 13 är nationella forskningsuniversitet i Ryssland. Personalutbildning för mineralresurssektorn vid ryska universitet genomförs för närvarande i följande huvudinriktningar av utbildning (specialistexamen): "Tillämpad geologi" med kvalifikationer som gruvingenjör (5 års utbildning); "Geologisk utforskning" med examen som gruvingenjör (5 års utbildning); "Gruvdrift" med kvalifikationer som gruvingenjör (5,5 års utbildning); "Fysiska processer i gruvdrift eller olje- och gasproduktion" med examen som gruvingenjör (5,5 års utbildning); "Oil and Gas Engineering and Technologies" med examen som gruvingenjör (5,5 års utbildning). Universiteten utvecklar och implementerar de huvudsakliga yrkesutbildningsprogrammen för högre utbildning i utbildningens riktningar och specialiseringar genom att bilda sin egen profil (programmets namn). Till exempel, inom ramen för specialiseringen "Gruvor", ansluter universiteten sig ofta till de klassiska namnen på programmen "Dagbrytning", "Underjordisk brytning av mineralfyndigheter", "Mäter", "Mineralberikning", "Gruvmaskiner ”, ”Teknologisk säkerhet och minräddning”, ”Gruv- och underjordsbyggande”, ”Brängningsarbeten”, ”Elektrifiering av gruvindustrin” etc. Under de senaste 10 åren har nya namn på program börjat, under påverkan av olika faktorer. att dyka upp, såsom: "Gruvdrift och geologiska informationssystem", "Gruveekologi" etc. Således kan universitet, som använder sin frihet i form av nya utbildningsprogram för specialister, se framåt och försöka förutse nya yrken av en gruvingenjör. Efter specialistexamen kan du omedelbart anmäla dig till forskarskolan (analog av doktorsexamensprogram , 4 års utbildning).

Lön och statistik

Gruvlöner bestäms vanligtvis av den kompetensnivå som krävs, var positionen är och vilken typ av organisation ingenjören arbetar för. [ citat behövs ] När man jämför löner från en region till en annan, måste levnadskostnader och andra faktorer tas i beaktande.

Gruvingenjörer i Indien tjänar relativt höga löner i jämförelse med många andra yrken, med en genomsnittlig lön på $15 250. Men i jämförelse med löner för gruvingenjörer i andra regioner, som Kanada, USA, Australien och Storbritannien, är de indiska lönerna låga. I USA finns det uppskattningsvis 6 150 anställda gruvingenjörer, med en genomsnittlig årslön på 103 710 USD.

Pre-mining

The Prospector av NC Wyeth , 1906

Mineralutforskning är processen att hitta malmer (kommersiellt gångbara koncentrationer av mineraler) att bryta . Mineralprospektering är en mycket mer intensiv, organiserad, involverad och professionell process än mineralprospektering, även om den ofta använder sig av prospektering.

Det första steget av gruvdrift består av processerna att hitta och utforska en mineralfyndighet. I det följande första skedet av mineralprospektering geologer och inspektörer en framträdande roll i den nödvändiga förstudien av möjlig gruvdrift. Mineralprospektering och uppskattning av reserven genom olika prospekteringsmetoder genomförs för att fastställa vilken metod och typ av brytning som krävs utöver lönsamhetsvillkoren. [ citat behövs ]

Mineral upptäckt

När en mineralfyndighet har gjorts och har fastställts vara av tillräcklig ekonomisk kvalitet för att bryta, kommer gruvingenjörer att arbeta med att utveckla en plan för att bryta detta effektivt och effektivt.

Upptäckten kan göras från forskning av mineralkartor, akademiska geologiska rapporter eller lokala, statliga och nationella geologiska rapporter. Andra informationskällor inkluderar fastighetsuppsatser och lokala mun till mun. Mineralforskning omfattar vanligtvis provtagning och analys av sediment, jord och borrkärna. Markprovtagning och analys är ett av de mest populära mineralprospekteringsverktygen. Vanliga verktyg inkluderar satellit- och luftburna fotografier eller luftburen geofysik, inklusive magnetometriska och gammaspektrometriska kartor. Om inte mineralutforskningen görs på allmän egendom, kan ägarna av fastigheten spela en betydande roll i prospekteringsprocessen och kan vara den ursprungliga upptäckaren av mineralfyndigheten.

Mineralbestämning

Efter att ett potentiellt mineral har lokaliserats bestämmer gruvgeologen och/eller gruvingenjören malmens egenskaper. Detta kan innebära en kemisk analys av malmen för att bestämma provets sammansättning. När mineralegenskaperna har identifierats är nästa steg att bestämma mängden malm. Detta innebär att bestämma omfattningen av fyndigheten samt malmens renhet. Geologen borrar ytterligare kärnprover för att hitta gränserna för fyndigheten eller sömmen och beräknar mängden värdefullt material som finns i fyndigheten.

Förstudie

Huvudartikel: Mining feasibility study

När mineralidentifieringen och reservbeloppet är rimligt bestämt, är nästa steg att fastställa genomförbarheten av att återvinna mineralfyndigheten. En preliminär studie kort efter upptäckten av fyndigheten undersöker marknadsförhållandena såsom utbud och efterfrågan på mineralet, mängden malm som behövde flyttas för att återvinna en viss kvantitet av det mineralet samt analys av kostnaderna förknippade med mineralet. drift. Denna förstudie avgör om gruvprojektet sannolikt kommer att vara lönsamt; om det är så görs en mer djupgående analys av fyndigheten. Efter att den fulla omfattningen av malmkroppen är känd och har undersökts av ingenjörer, undersöker förstudien kostnaden för initial kapitalinvestering, metoder för utvinning, kostnaden för drift, en beräknad tid till återbetalning, bruttointäkter och netto vinstmarginal , eventuellt återförsäljningspris på marken, reservens totala livslängd, reservens totala värde, investeringar i framtida projekt och fastighetsägarens eller fastighetsägarnas kontrakt. Dessutom beaktas miljöpåverkan, återvinning, möjliga juridiska konsekvenser och alla statliga tillstånd. Dessa analyssteg avgör om gruvbolaget ska fortsätta med utvinningen av mineralerna eller om projektet ska överges. Gruvbolaget kan besluta att sälja rättigheterna till reserven till en tredje part i stället för att själva utveckla den, eller så kan beslutet att fortsätta med utvinning skjutas upp på obestämd tid tills marknadsförhållandena blir gynnsamma.

Gruvdrift

Gruvingenjörer som arbetar i en etablerad gruva kan arbeta som ingenjör för driftförbättring, ytterligare mineralprospektering och driftkapitalisering genom att bestämma var i gruvan som ska läggas till utrustning och personal. Ingenjören kan även arbeta med ledning och ledning, eller som utrustnings- och mineralförsäljare. Utöver teknik och drift kan gruvingenjören arbeta som miljö-, hälso- och säkerhetschef eller konstruktionsingenjör.

Gruvdriften krävde olika metoder för utvinning beroende på mineralogin , geologin och platsen för resurserna. Egenskaper som mineralhårdhet , mineralskiktningen och tillgången till det mineralet kommer att avgöra utvinningsmetoden .

I allmänhet sker gruvdrift antingen från ytan eller under jorden. Gruvbrytning kan också förekomma med både yt- och underjordsdrift som sker på samma reservat. Gruvaktiviteten varierar beroende på vilken metod som används för att avlägsna mineralet.

Ytbrytning

Ytbrytning utgör 90 % av världens produktion av mineraltonnage. Även kallad dagbrottsbrytning , ytbrytning tar bort mineraler i formationer som är på eller nära ytan. Malmåtervinning sker genom att material avlägsnas från marken i naturligt tillstånd. Ytbrytning förändrar ofta markens egenskaper, form, topografi och geologisk sammansättning.

Ytbrytning innebär stenbrott som är att gräva ut mineraler med hjälp av maskiner som skärning, klyvning och brytning. Sprängämnen används vanligtvis för att underlätta brott. Hårda stenar som kalksten, sand, grus och skiffer bryts vanligtvis i en serie bänkar.

Bandbrytning sker på mjukare mineraler som leror och fosfat som avlägsnas med hjälp av mekaniska spadar, bandschaktare och frontlastare. Mjukare kollag kan också utvinnas på detta sätt.

Med placer-brytning kan mineraler också avlägsnas från bottnen av sjöar, floder, bäckar och till och med havet genom muddringsbrytning. Dessutom in-situ brytning göras från ytan med hjälp av lösningsmedel på malmkroppen och uttag av malmen via pumpning. Det pumpade materialet sätts sedan att urlaka för vidare bearbetning. Hydraulisk gruvdrift används i form av vattenstrålar för att tvätta bort antingen överbelastning eller själva malmen.

Gruvprocess

Sprängämnen
används för att bryta upp en stenformation och hjälpa till vid insamlingen av malm i en process som kallas sprängning . Sprängning i allmänhet värmen och det enorma trycket från de detonerade sprängämnena för att krossa och spränga en stenmassa. Den typ av sprängämnen som används i gruvdrift är högexplosiva ämnen som varierar i sammansättning och prestandaegenskaper. Gruvingenjören är ansvarig för valet och korrekt placering av dessa sprängämnen, för att maximera effektiviteten och säkerheten. Sprängning sker i många faser av gruvprocessen, såsom utveckling av infrastruktur samt produktion av malmen. Ett alternativ till högexplosiv är Cardox-sprängpatroner, som uppfanns 1931 och användes flitigt från 1932 i kolgruvor. Patronen innehåller en "energiserare" som värmer flytande koldioxid tills den spricker en sprängd skiva, det sker då en fysisk explosion av den superkritiska vätskan .
Lakning
Lakning är förlust eller extraktion av vissa material från en bärare till en vätska (vanligtvis, men inte alltid ett lösningsmedel). Används mest vid utvinning av sällsynta jordartsmetaller.
Flotation
Flotation (även stavat floatation) involverar fenomen relaterade till mineralernas relativa flytkraft. Det är den mest använda metallsepareringsmetoden.
Elektrostatisk separation
Separerar mineraler genom elektrokarakteristiska skillnader.
Gravity separation
Gravity separation är en industriell metod för att separera två komponenter, antingen en suspension eller torr granulär blandning där det är tillräckligt praktiskt att separera komponenterna med gravitation.
Magnetisk separation
Magnetisk separation är en process där magnetiskt känsligt material extraheras från en blandning med hjälp av en magnetisk kraft.
Hydraulisk separation
Hydraulisk separation är en process som använder densitetsskillnaden för att separera mineraler. Före hydraulisk separation krossades mineraler till enhetlig storlek; eftersom mineraler har enhetlig storlek och olika densitet kommer att ha olika sedimenteringshastigheter i vatten, och det kan användas för att separera målmineraler.

Mining hälsa och säkerhet

Huvudartikel: Mine Safety and Health Administration

Juridisk uppmärksamhet på gruvhälsa och säkerhet började i slutet av 1800-talet och under det efterföljande 1900-talet utvecklades till en omfattande och strikt kodifiering av tillsyn och obligatoriska hälso- och säkerhetsbestämmelser. En gruvingenjör i vilken roll de än har måste följa alla federala, statliga och lokala lagar om gruvsäkerhet.

Förenta staterna

Huvudartikel: Mine Safety and Health Act från 1977

Förenta staternas kongress skapade, genom antagandet av Federal Mine Safety and Health Act från 1977, känd som Miner's Act, Mine Safety and Health Administration (MSHA) under US Department of Labor .

Denna omfattande lag ger gruvarbetare rättigheter mot vedergällning för rapportering av överträdelser, konsoliderad reglering av kolgruvor med metalliska och icke-metalliska gruvor, och skapade den oberoende Federal Mine Safety and Health Review Commission för att granska MSHA:s rapporterade överträdelser.

Lagen som kodifierats i Code of Federal Regulations § 30 (CFR § 30) omfattar alla gruvarbetare vid en aktiv gruva. När en gruvingenjör arbetar i en aktiv gruva omfattas han eller hon av samma rättigheter, kränkningar, obligatoriska hälso- och säkerhetsföreskrifter och obligatorisk utbildning som alla andra arbetare vid gruvan. Gruvingenjören kan juridiskt identifieras som en "gruvarbetare".

Lagen fastställer gruvarbetarnas rättigheter. Gruvarbetaren kan när som helst rapportera ett farligt tillstånd och begära en inspektion. Gruvarbetarna kan välja en representant för gruvarbetarna att delta under en inspektion, ett möte för inspektion och efter inspektion. Gruvarbetarna och gruvarbetarnas representant ska få betalt för sin tid vid alla inspektioner och undersökningar.

Gruvdrift och miljö

Förenta staterna

Landåtervinning regleras för yt- och underjordsminor enligt Surface Mining Control and Reclamation Act från 1977. Lagen skapar som en del av Department of Interior, Bureau of Surface Mining (OSM). OSM säger på sin hemsida, "OSM har i uppdrag att balansera landets behov av fortsatt inhemsk kolproduktion med skydd av miljön."

Lagen kräver att stater inrättar sina egna återvinningsavdelningar och lagstiftar lagar relaterade till återvinning för kolgruvdrift. Staterna kan införa ytterligare regler och reglera andra mineraler utöver kol för landåtervinning.

Se även

Fotnoter

Den här artikeln innehåller text av Petrov, VL tillgänglig under licensen CC BY 4.0 .

Vidare läsning

  • Eric C. Nystrom, Seeing Underground: Maps, Models, and Mining Engineering in America. Reno, NV: University of Reno Press, 2014.
  • Franklin White. Gruvarbetare med ett hjärta av guld: biografi om en mineralvetenskaps- och ingenjörsutbildare. Friesen Press, Victoria. 2020. ISBN 978-1-5255-7765-9 (Inbunden) 978-1-5255-7766-6 (Paperback) 978-1-5255-7767-3 (e-bok)

externa länkar

Hämtad från " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Mining_engineering&oldid=1142150912 "