Видобування корисних копалин

Видобува́ння ко́рисних копа́лин — сукупність технологічних процесів і технічних засобів, спрямованих на вилучення корисних копалин із надр Землі, дна морів і океанів (у перспективі — з позаземних об’єктів).

Історична довідка

Загальні відомості

Історія видобування корисних копалин пов'язана з розвитком цивілізації, техніки й виробництва. Освоєння мінеральних ресурсів стало одним із найважливіших чинників господарського розвитку людства, забезпечуючи суспільство матеріалами для виготовлення знарядь праці, зброї, будівельних конструкцій, джерел енергії та промислової сировини. У різні історичні епохи рівень розвитку видобувної діяльності значною мірою визначав економічну могутність держав і народів.

Найдавніші гірчичі виробки

Перші свідчення цілеспрямованого видобування мінеральної сировини належать до палеоліту. Згодом виникли спеціалізовані місця видобування кременю, необхідного для виготовлення знарядь праці та зброї. Одними з найдавніших відомих гірничих виробок є кременевидобувні шахти епохи неоліту в Західній Європі, зокрема у Великій Британії, Бельгії, Франції та Польщі. У цих копальнях уже застосовували вертикальні стовбури, горизонтальні виробки та примітивні засоби транспортування породи. На території України відомі давні центри видобування кременю, пов'язані з неолітичними та енеолітичними культурами. Археологічні дослідження свідчать про існування спеціалізованих виробок для видобутку кременю на Волині, Поділлі та в басейні Сіверського Дінця.

Гірництво у мідному, бронзовому й залізному віках

Поява металургії стала якісно новим етапом розвитку гірничої справи. У 4–3 тисячолітті до н. е. виникло видобування мідних руд, згодом — освоєння покладів олова, що забезпечило виготовлення бронзи. У Стародавньому Єгипті, Давній Месопотамії, Малій Азії та на Балканському півострові сформувалися перші великі гірничі центри. Значного розвитку набув видобуток золота в Нубії, міді на Синайському півострові та срібла в Малій Азії. На території України таким гірничим центром, зокрема, були мідні рудники Бахмутської улоговини (Картамиш та інші) — група давніх копалень бронзового віку, гірничо-металургійний центр 15–11 ст. до н. е. У 1-му тисячолітті до н. е. поширилося видобування залізних руд. Саме розвиток залізної металургії став одним із найважливіших чинників економічного і військового піднесення античних держав.

Античність

Високого рівня розвитку гірництво досягло у Давній Греції та Стародавньому Римі. Римська імперія створила масштабну систему видобування міді, свинцю, срібла, золота та залізних руд. Римляни широко використовували підземні виробки, вентиляційні пристрої, водовідливні механізми та гідротехнічні споруди. Особливо відомими були срібні копальні Лавріону в Греції та золоторудні розробки Іспанії. У багатьох районах Римської імперії застосовували гідравлічну технологію розмиву порід (див. Арругії), яку вважають одним із перших прикладів масштабного використання енергії води у гірничому виробництві.

Середньовіччя

У середньовіччі центрами розвитку гірничої справи стали Центральна Європа, Альпи, Чехія, Саксонія, Угорщина та Польща. Зростання попиту на срібло, золото, мідь і залізо сприяло вдосконаленню техніки видобування. У цей період почали використовувати механічні водовідливні пристрої, підйомні машини, вагонетки та системи вентиляції шахт. Значного поширення набули шахти глибиною понад 100–200 м, що на той час було видатним технічним досягненням. На теренах України важливе значення мало солевидобування у Прикарпатті. Родовища солі поблизу Дрогобича, Солотвина та Коломиї розробляли протягом багатьох століть і вони стали основою розвитку місцевої економіки.

Промислова революція

У 18–19 ст. Промислова революція спричинила різке зростання попиту на вугілля, залізо та кольорові метали. Впровадження парових машин дозволило суттєво збільшити глибину шахт і продуктивність видобування. Відбулося масове будівництво шахт, металургійних заводів та транспортної інфраструктури. Вугілля стало основним енергетичним ресурсом індустріальної епохи. Сформувалися великі гірничопромислові регіони Великої Британії, Німеччини, Франції, Бельгії, США та Російської імперії.

Виникнення нафтовидобувної промисловості

Особливе значення для історії видобування мало становлення нафтової промисловості. Першою промисловою нафтовою свердловиною традиційно вважають свердловину, яку пробурено 1859 у шт. Пенсильванія (США) під керівництвом Е. Дрейка (1819–1880; США). Наприкінці 19 ст. нафтовидобування швидко поширилося у США, на Кавказі, в Румунії та Галичині.

В Україні одним із найдавніших нафтовидобувних регіонів світу є Прикарпаття. На Бориславському нафтогазоконденсатному родовищі у 19 ст. діяли сотні нафтових свердловин. Наприкінці 19 — на початку 20 ст. цей район належав до найбільших центрів нафтовидобутку Європи.

Гірнича справа у 20 столітті

У 20 ст. відбулося стрімке зростанням масштабів видобування з використанням механізації всіх основних процесів, зокрема:

• буріння і проходження шахтних стовбурів та гірничих виробок;
• видобування і транспортування гірничої маси, корисних копалин;
• вентиляції та водовідливу гірничих виробок.

Після Другої світової війни широкого застосування набули:

• кар'єрні екскаватори великої потужності;
• роторні комплекси;
• бурове устаткування;
• механізовані очисні комплекси шахт;
• гідравлічні та електричні системи керування.

У 2-й половині 20 ст. виникли нові напрями:

• морське буріння;
• підземне вилуговування;
• геотехнологічне добування;
• автоматизовані системи управління виробництвом.

Сучасність

На початку 21 ст. видобування корисних копалин переходить до цифрових технологій, автоматизації та роботизації. У практику впроваджуються: автономні кар'єрні самоскиди; роботизовані бурові установки; цифрові двійники шахт; геоінформаційні системи; штучний інтелект для управління виробничими процесами. Поряд із традиційними джерелами мінеральної сировини дедалі більшого значення набувають техногенні родовища, ресурси морського дна та потенційні позаземні джерела корисних копалин.

Формування і розвиток гірничої науки

Водночас із розвитком видобування корисних копалин формувалася гірнича наука. Початок наукового етапу розвитку гірничої справи пов'язують із діяльністю Г. Агріколи. Його праця «Про гірничу справу» (De Re Metallica; 1556) узагальнила знання про геологію, гірничу техніку, вентиляцію, водовідлив, транспортування та збагачення корисних копалин.

Упродовж 17–18 ст. відбулося становлення наукових основ геології, мінералогії та гірничої справи. У цей період гірнича справа поступово перетворюється з ремесла на науково обґрунтовану галузь виробництва. Значний внесок зробили А. Г. Вернер — творець першої систематичної школи геології; Дж. Гаттон — засновник сучасної геології; Ч. Лаєлл — розробник принципу актуалізму.

В Україні у 20 ст. сформувалися потужні наукові школи гірничого профілю. Серед відомих діячів у галузі гірничої науки: М. Протодьяконов — засновник школи гірничої механіки; О. Терпигорєв — дослідник технології підземного видобування; М. Федоров (1886–1956; тепер Україна) — фахівець у галузі розробки родовищ; М. Поляков — один із творців української школи геомеханіки; В. Білецький — дослідник гірничої енциклопедистики, збагачення корисних копалин та історії гірництва. Провідними центрами гірничої науки в Україні є: Інститут геотехнічної механіки ім. М. С. Полякова НАН України, Інститут надтвердих матеріалів ім. В. М. Бакуля НАН України, Національний технічний університет «Дніпровська політехніка», Криворізький національний університет. Українські науковці зробили значний внесок у розвиток: геомеханіки, шахтної аерології, відкритої розробки родовищ, збагачення корисних копалин, геотехнологій, цифрових систем управління гірничими підприємствами. Особливе значення мають роботи з освоєння глибоких залізорудних родовищ Криворізького залізорудного басейну (Кривбасу), удосконалення технологій підземного видобування уранових руд, комплексного використання титанових, літієвих і рідкіснометалевих ресурсів, а також залучення до господарського обігу техногенних родовищ.

Характеристика

Видобування корисних копалин є початковою ланкою освоєння мінеральних ресурсів і водночас центральною ланкою гірничого виробництва. Воно охоплює комплекс технологічних процесів, спрямованих на відокремлення корисної копалини від масиву гірських порід, її транспортування до поверхні та передачу на подальшу переробку або безпосереднє використання.

Основні етапи розвитку: ручне видобування, використання енергії води, парові машини, електрифікація, механізація, автоматизація, цифровізація.

Сучасне обладнання включає: бурові установки, прохідницькі комплекси, гірничі комбайни, екскаватори, драглайни, автономні кар'єрні самоскиди, роботизовані комплекси.

Світовими лідерами-виробниками гірничої техніки є компанії: «Катерпіллер» («Caterpillar», США), «Комацу», «Хітачі» («Komatsu», «Hitachi», обидві — Японія), «Лібгерр» («Liebherr», Німеччина — Швейцарія), «Сендвік» («Sandvik», Швеція) , «Епірок» («Epiroc», Греція). Вони виробляють повний спектр обладнання для відкритих і підземних гірничих робіт.

Наука і техніка видобування корисних копалин

Науковою основою видобування є комплекс дисциплін, які вивчають закономірності освоєння надр: гірництво, геологія, геомеханіка, гірнича геофізика, гірнича аерологія, геотехнологія, гірнича інформатика.

Основними науковими проблемами є: керування станом гірського масиву; підвищення повноти вилучення запасів; автоматизація виробництва; екологізація гірничих технологій; освоєння глибоких горизонтів; морське та (в перспективі) космічне гірництво.

Способи видобування корисних копалин

За фізичним станом корисних копалин розрізняють видобування твердих, рідких, газоподібних, розчинених у природних водах компонентів.

Спосіб видобування визначається сукупністю природних, технічних, економічних та екологічних чинників. Основними серед них є: глибина залягання покладу, його потужність і форма, фізико-механічні властивості руди чи іншої корисної копалини, гідрогеологічні умови, масштаби запасів, економічна ефективність та вимоги до охорони довкілля.

У практиці 21 ст. застосовують п'ять основних способів видобування. 1. Підземний (шахтний) передбачає створення системи підземних виробок для доступу до корисної копалини. Застосовують тоді, коли корисна копалина залягає на значній глибині або відкрита розробка є економічно недоцільною. Його сутність полягає у створенні мережі підземних виробок, через які здійснюється доступ до покладу, видобування корисної копалини та її транспортування на поверхню. Основні елементами шахти: вертикальні та похилі шахтні стовбури, штреки, квершлаги, бремсберги, вентиляційні виробки, очисні вибої.

Найпоширеніші системи підземної розробки:

• камерно-стовпова система, при якій частина покладу залишається у вигляді опорних ціликів (застосовують у процесі розробки кам'яної солі, калійних солей, деяких вугільних пластів;
• довгі очисні вибої — є основною системою видобування вугілля (здійснюється вздовж протяжного вибою (лави) механізованими комплексами);
• системи з обваленням — відпрацьований простір заповнюється обваленими породами (використовують на рудниках);
• системи із закладкою — порожнини після видобування заповнюють пустою породою або спеціальними матеріалами (застосовують у складних геомеханічних умовах).

В Україні підземний спосіб традиційно використовували у Донецькому та Львівсько-Волинському вугільних басейнах, Кривбасі, на уранових родовищах у Кіровоградській області. Шахти Кривбасу належать до найглибших у Європі (глибина окремих горизонтів перевищує 1 300–1 500 м).

2. Відкритий (кар'єрний) спосіб здійснюється шляхом розкриття покладу з поверхні землі шляхом послідовного зняття покривних порід. Основною гірничою спорудою є кар'єр. Відкрита розробка забезпечує найвищі показники продуктивності та економічної ефективності. Технологічна схема включає: розкривні роботи, буріння шпурів, підривання, екскавацію, транспортування, відвалоутворення.

Основне обладнання : екскаватори, драглайни (для переміщення великих обсягів порід), кар'єрний транспорт (автосамоскиди, конвеєри, залізниця). Для створення вибухових свердловин (шпурів) використовують бурові установки.

В Україні відкритим способом видобувають: залізні руди Кривбасу, залізні кварцити Полтавського гірничозбагачувального комбінату, марганцеві руди Нікопольського марганцевого басейну, титанові руди Житомирщини та Придніпров'я, каоліни, граніти, вапняки та інші нерудні корисні копалини. Відкритий спосіб забезпечує основну частину видобутку залізної руди в Україні.

3. Свердловинний спосіб призначений для видобування рідких і газоподібних корисних копалин. Основним елементом є свердловина, що з'єднує продуктивний пласт із поверхнею. Основні об'єкти видобування: нафта, природний газ, газовий конденсат, підземні води, мінеральні розсоли.

Способи експлуатації свердловин:

• фонтанний — пластова енергія забезпечує самостійне надходження флюїду;
• газліфтний — підйом здійснюється шляхом подавання стисненого газу на дно свердловини, що спричиняє зменшення протитиску стовпа флюїду у свердловині і можливість продовження його фонтанного ліфтингу на поверхню;
• насосний — з використанням глибинних насосів.

Свердловинні технології: горизонтальне буріння (до 10–12 км), багатовибійні свердловини, гідророзрив пласта, цифровий моніторинг свердловин.

В Україні головні нафтогазоносні регіони: Дніпровсько-Донецька западина, Передкарпаття, Причорноморсько-Кримський регіон, шельф Чорного моря.

4. Геотехнологічний спосіб передбачає вилучення корисних компонентів без традиційних шахтних гірничих виробок шляхом фізико-хімічного впливу на пласт через свердловини.

Використовують:

• підземне вилуговування (видобування урану, міді, золота, рідкісних металів) — через систему свердловин до пласта подають розчинник цільового металу чи мінералу і після розчинення металів продуктивний розчин піднімається на поверхню і з нього виділяють корисний компонент.
• біовилуговування — застосовують спеціальні мікроорганізми, які переводять метали у розчинний стан;
• підземне виплавляння — використовують у процесі видобування сірки та деяких інших корисних копалин.
• комплексну схему застосовують у процесі видобування низки металів із бідних руд та розсолів.

Технологічний ланцюг: підземне вилуговування (рідинна екстракція у пласті) → сорбція або екстракція → електроліз.

В Україні підземне вилуговування застосовували на уранових родовищах. Таке вилучення є перспективним напрямом в освоєнні низькосортних руд.

5. Підводний (морський) спосіб пов'язаний із освоєнням ресурсів морського та океанічного дна (драгами, ерліфтами тощо). Світовий океан розглядають як один із найважливіших резервів мінеральної сировини 21 ст. Основні об'єкти: нафта, природний газ, поліметалічні конкреції, кобальтоносні піски і кірки, чорні піски, гідротермальні сульфіди. Найбільш розвинений напрям — шельфовий видобуток: буріння свердловин і видобування вуглеводнів на морських платформах. Глибоководне видобування передбачає використання роботизованих комплексів і спеціальних суден. Наразі перебуває на стадії обмеженого промислового впровадження і найбільш ризиковане через можливі масштабні екологічні катастрофи з розливами нафти. В Україні перспективним є освоєння ресурсів північно-західного шельфу Чорного моря, Прикерченського шельфу, глибоководної частини Чорного моря.

Тенденції розвитку

Перспективи розвитку галузі пов’язані з енергетичним переходом, зростанням попиту на критичні мінерали (літій, кобальт, рідкісноземельні елементи), а також посиленням екологічних вимог і впровадженням безвідходних технологій. Економічна ефективність видобування визначається комплексом факторів: ринковою кон’юнктурою, технологічним рівнем, енергоємністю процесів та транспортною доступність родовищ.

У 21 ст. гірничодобувна галузь перебуває в стадії технологічної трансформації, що проявляється у переході до так званої концепції розумного видобутку (англ. Smart Mining), що передбачає використання цифрових технологій, автоматизації, штучного інтелекту, робототехніки та аналізу великих масивів даних для підвищення ефективності, безпеки й екологічної сталості гірничих робіт. Наявні такі тенденції:

• збільшення глибини розробки родовищ;
• зростання ролі геотехнологічних методів;
• освоєння техногенних родовищ;
• розвиток морського гірництва;
• підготовка до освоєння позаземних ресурсів (Місяць, деякі астероїди).

Основними екологічними наслідками є порушення земель, утворення відвалів, забруднення вод і атмосфери. Новітні технології передбачають рекультивацію земель, замкнуті цикли водопостачання та постійний екологічний моніторинг. Особливого значення набувають питання безпеки праці та управління ризиками.

Значення

Видобування корисних копалин є базовим складником індустріальної економіки та основою функціонування паливно-енергетичного комплексу, металургії, хімічної промисловості, будівництва, машинобудування і високотехнологічних виробництв. Найбільше економічне значення мають енергетичні ресурси (нафта, природний газ, вугілля), руди чорних і кольорових металів, уранові руди, а також критично важливі мінерали, необхідні для розвитку високих технологій.

Література

1. Schmidt K., Kraatz H.-D. Bergbaukunde. Stuttgart : Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, 1990.
2. Singhal R. K., Mehrotra A. K. (Eds.). Mine Planning and Equipment Selection. Rotterdam : A. A. Balkema Publishers, 1998. 1070 p.
3. Hustrulid W., Bullock R. (Eds.). Underground Mining Methods: Engineering Fundamentals and International Case Studies. Littleton : Society for Mining, Metallurgy, and Exploration, 2001. 718 p.
4. Hartman H. L., Mutmansky J. M. Introductory Mining Engineering. 2nd ed. Hoboken : John Wiley & Sons, 2002. 584 p.
5. Гірничий енциклопедичний словник : у 3 т. / За ред. В. С. Білецького. Донецьк : Східний видавничий дім, 2001–2004.
6. Мала гірнича енциклопедія : у 3 т. / за ред. В. С. Білецького. Донецьк : Східний видавничий дім, 2004–2013.
7. Darling P. SME Mining Engineering Handbook. 3rd ed. Englewood : Society for Mining, Metallurgy, and Exploration, 2011. 1912 p.
8. Hustrulid W., Kuchta M., Martin R. Open Pit Mine Planning and Design. 3rd ed. Boca Raton : CRC Press, 2013. 1308 p.
9. Strzodka R. Lexikon der Bergbautechnik. Berlin : Springer Vieweg, 2014.

Автор ВУЕ

В. С. Білецький

Покликання на цю статтю: Білецький В. С. Видобування корисних копалин // Велика українська енциклопедія. URL: https://vue.gov.ua/Видобування корисних копалин (дата звернення: 11.10.2026).

Статус гасла: Оприлюднено
Оприлюднено: 12.06.2026