На какой глубине добывают уголь: Как добывают уголь в шахтах и какой из способов самый приемлемый

Содержание

Как добывают уголь в шахтах и какой из способов самый приемлемый

Опубликовано: 06.12.2014

Время на чтение: 3 мин

Добыча угля как индустриальная отрасль получила широкое распространение в начале ХХ века и по сей день продолжает относиться к одним из самых прибыльных видов добычи залежей полезных ископаемых. Уголь добывают в промышленных масштабах по всему миру.

Вопреки общепринятому мнению, данное ископаемое используется не только в виде качественного топлива. В середине ХХ века угольная промышленность дала мощный толчок к развитию научных исследований по выделению углеводородов из полезных ископаемых.

В России добывают бурый, уголь, каменный уголь ( в т.ч коксующийся) и антрацит. Основные угледобывающие районы в России — это Кемеровская область, Красноярский край, Иркутская область, Чита, Бурятия, республика Коми. Есть уголь на Урале, Дальнем Востоке, на Камчатке, в Якутии, Тульской и Калужской областях. В России 16 угольных бассейнов. Один из самых крупных — Кузнецкий угольный бассейн или Кузбасс, там добывается больше половины каменных углей России.

В зависимости от глубины залегания угольного пласта, его площади, формы, толщины, различных географических и экологических факторов выбирается определенный метод добычи угля. К основным таким способам относятся следующие:

Этот способ добычи заключается в подрыве и удалении вскрыши (пласта лишних пород над угольными залежами) с места разработок. После этого при помощи экскаваторов, водяных пушек, бульдозеров, дробилок, драглайнов и конвейеров происходит дробление породы и передача её дальше.

Данный способ добычи угля считается менее безопасным, чем закрытый (шахтный). Но и он имеет определенные факторы риска, связанные с неосторожным обращением с оборудованием и крупногабаритным транспортом, возможностью отравления выхлопными газами и сопровождающими машинную деятельность веществами.

Впервые его начали применять в Советском союзе в 30-х годах ХХ века. Он предполагает добычу угля в глубоких шахтах, при этом транспортировка на поверхность угольной породы происходит с помощью водных струй под напряжением. Данный способ позволил использовать недостаток подземной добычи угля – подземные воды – себе во благо.

В последнее время гидравлическую добычу угля считают одним из самых респектабельных способов. Она способна заменить трудоемкий и опасный процесс добычи угля шахтерами, вместо которых разрушительной и подъемной силой будет выступать вода.

Добыча угля – это сложный технологический процесс, который требует очень много ресурсов и техники. Он используется в промышленности, для сельско-хозяйственных нужд, производства электроэнергии. В мире он имеет очень большую ценность, ископаемое называют черным золотом, твердой нефтью. Как выглядит добыча и переработка угля, и как развивалась эта промышленность в странах, от античности до наших дней?

3 Основные способы добычи угля
3.1 Создавайте будущее вместе с нами
3.2 Карьерный способ
3.3 Шахтный способ
3.4 Гидравлический способ
3.5 Копанка или добыча угля в домашних условиях

Угольная промышленность начала развиваться еще в античности. Первыми странами, которые начали использовать его в виде топлива, являются Греция и Китай. Чаще всего он применялся для отопления помещений, а в дальнейшем и для выплавки металлов. 3000 лет назад в Китае поняли, что его сгорание намного эффективнее, чем получение тепла от дерева и другого сырья. В 315 году первым, кто изучал его свойства был ученый Теофраст, который дал ему говорящее название – антракс, что в переводе с грецкого означало «горящий камень».

Было множество теорий о происхождении этого топливного ископаемого. Некоторые считали, что он образовался в результате воздействия высокой температуры при извержении вулкана. Первые залежи нашли именно в их окрестностях – вблизи тектонических разломов, где месторождения были ближе всего к земле. Учитывая его горючие свойства, некоторые ученые высказывали предположение, что это затвердевшая нефть.

Нашли уголь случайно, во время выветривания и обрушения горных пород на поверхности оказывались куски странного материала, который имел черный окрас, и переливался на солнце. Добывался он вручную, с применением примитивной техники. Также куски собирали дети на побережьях, особенно после приливов и штормов. Шахтным способом его начали получать только в 1113 году, но и то производство было далеко от современности. Угольная деятельность считалась одной из самых опасных, работали на рудниках низшие слои населения, получая сущие гроши.

Самое обширное применение угля было в доменных печах: на кузницах, при обработке металла, на фабриках по производству кирпича. Ценился он из-за теплоемкости при горении, с его помощью можно было поддерживать высокую температуру долгое время.

С возникновением паровых двигателей, это топливо стало частью двигательных систем на пароходах, в автомобилях и другой технике, работающей по этому принципу. Сейчас же в добыче задействованы не только люди, но и огромное количество техники, а количество сырья, которое получают ежегодно составляет миллиарды тонн.

Первые данные о поисках месторождений угля для промышленного использования датируются 1491 годом, когда Великим князем Московским Иваном III были организованы экспедиции в горные массивы. Им был выбран Печорский край – один из крупнейших рудников по добыче угля в России сегодня.

Самые масштабные разработки угольных шахт были при Петре 1, он был инициатором создания шахт на Урале, Донбассе, в Кузнецке, на Дальнем Востоке и в окрестностях Москвы. Он не жалел денег на финансирование горнодобывающей промышленность, стремился внедрить новые технологии, которые облегчали людям работу и увеличивали выработку.

Во времена СССР добыче топливного ископаемого отводилась особая роль. Рабочих очень сильно ценили, даже был введен всесоюзный праздник – День Шахтера, чтобы отдать дань их нелегкому и опасному труду. Уголь получил название «хлеб промышленности», его уже использовали для получения энергии на теплоэнергостанциях.

Сейчас угледобывающая промышленность достигла больших высот, но многие страны, наряду с введением всевозможных инновационных разработок, стараются вывести этот ресурс из использования. Все дело в экологической опасности, которая возникает из-за его применения. При сжигании топлива образуется огромное количество углекислого газа, одного из виновников парникового эффекта.

Оказывается, название бурый и черный уголь получил не из-за цвета сырья. Раньше, для определения «жирности» породы, ею проводили по белой поверхности. Получалась черная или бурая полоса, что и дало ископаемому соответственное название.

Несмотря на то, что производство никогда не стояло на месте, постоянно модернизируясь, некоторые страны все еще добывают его с помощью ручной силы. Можно выделить Индию, где жители городков возле месторождений занимаются собиранием угля. В этом процессе задействованы даже маленькие дети, стремящиеся помочь родителям зарабатывать деньги. Поселок Джариа даже был назван адом на земле, ведь там воздух заполнен угольной пылью и ядовитыми газами, сырье часто самопроизвольно воспламеняется.

	Карьерный	Шахтный	Гидравлический
Плюсы	Низкая себестоимость Безопасность Быстрая разработка месторождений	Сравнительно экологичный Высокое качество угля Большие выработки	Экологичный Не требует привлечения огромного количества человеческих ресурсов Сравнительно дешевый Не наносит вред фундаменту планеты
Недостатки	Качество добытого угля Неэкологичный	Не безопасный способ Трудоемкость Себестоимость очень высокая	Использование огромного количества воды Низкая продуктивность

Открытая добыча угля ведется там, где он залегает под землей на глубине не более 500 метров. Для разработки подобных месторождений применяются краны, которые снимают пласт пустой породы. Называются они драглайны. Состоят краны из кабины, стрелы и ковша. Они закреплены на рельсах, для передвижения по карьеру или стоят на гусеницах.

Также для разрыхления породы используется взрывчатка, но из-за опасности сейчас от нее отказываются на большинстве производств. После опустошения месторождения пустая земля засыпается обратно, территория выравнивается и обогащается удобрениями. Сверху садятся деревья, чтобы восстановить или улучшить экосистему этой местности. Открытая добыча каменного угля все же приносит вред природе – нарушается экологическая ситуация, высыхают подземные воды.

Бурый уголь залегает сравнительно не глубоко, на глубине 300-400 метров, поэтому для его добычи тоже используется открытый метод. Места разработки месторождений принято называть разрезами, ведь они длинные и узкие, особенно это заметно из космоса. Пожалуй, это единственное их отличие от карьеров, ведь технология получения сырья такая же.

Далее в работу вступают машины поменьше, которые взрыхляют породу и грузят ее в вагоны, которые отправляются на производство. Уголь ссыпается на конвейерную установку, и отправляется на производство, обогатительные станции или ТЭЦ.

Подземная добыча угля – это более старый и технологический способ получения сырья. Большое количество ископаемого залегает на глубине более 500 метров, а снятие верхней породы будет нерентабельным, трудоемким и дорогостоящим процессом. Сооружение шахты производится таким образом – делается ствол, главная шахта, по которой в дальнейшем будет спускаться все оборудование и рабочие.

Когда она достигает максимально возможной глубины, в пласте делаются горизонтальные разрезы, прокладываются рельсы и запускается главное оборудование. Все стены укрепляются столбами или кольцами, чтобы предотвратить обрушение от вибрации.

Добыча угля в шахтах ведется с помощью техники, которая дробит пласты и отправляет их на поверхность. Мастодонт в этой сфере – проходческий комбайн. Он отбивает сырье от пласта и отправляет его на поверхность по конвейерной ленте. В местах залегания твердой породы используют несколько другое оборудование.

Врубовый комбайн оснащен аналогом сверла с огромными зубьями, которые дробят породу, продвигаясь все глубже по шахте. Дополнительно устанавливается и очистной комбайн, который снимает излишки стружки и дробит большие куски породы, чтобы они могли двигаться по конвейеру на верх.

Еще одна важная часть, которую нельзя не отметить в закрытом способе добычи угля – выкачка воды. В местах залегания могут проходить даже подземные реки, они очень сильно утруждают производство и опасны для рабочих. При нарушении норм, выходе из строя оборудования, которое откачивает воду, она может прорваться в ствол шахты, затопив ответвления. Это приведет к поломке техники и смерти рабочих или их заточения под землей.

Гидравлический способ самый новый, сейчас он подвергается модернизации, чтобы минимизировать затраты воды на производство угля. Изобрели первое устройство еще в СССР в 30-х годах. Называется эта установка механогидравлический комбайн. Он используется для разрыхления породы, откалывания ее от основного слоя.

Вытекающая вода проходит по желобам, по которым транспортируется к низконапорному насосу. Там же происходит и обезвоживание добытого угля, подача его на конвейер и перемещение наружу. Вода очищается, чтобы не повредить гидравлическую технику оставшимися частицами. Этот способ. Несмотря на огромное количество преимуществ, гидравлический метод менее продуктивный.

Несмотря на то, что добыча угля ведется в промышленных масштабах, это сложный и трудоемкий процесс. Жители местности, где есть месторождения, самостоятельно их разрабатывают, используя его в собственных целях. Строится она очень просто, но, для реализации этого способа уголь должен залегать не глубоко.

Во многих странах этот метод используется только нелегально, для продажи угля на черном рынке. Там может быть задействовано тоже большое количество рабочих, но об использовании продвинутой промышленной техники и речи быть не может. Это самый опасный и тяжелый труд, к тому же, нормы никак не регулируются, ведь собственник копанки заботится только о собственной прибыли.

Сказать, какой вид получения ископаемого использовать выгоднее, невозможно, ведь на все это влияет много факторов. Можно вырыть карьер и на 1 км в земле, но это требует огромного количества техники, времени, а также может очень сильно испортить экосистему. Но делать шахту на месторождении угля, которое лежит на 300-400 метров, будет слишком дорого, да и такие места не всегда производят качественный уголь.

Места и способы добычи угля не подбираются случайно. Изначально оценивается размер месторождения, качество сырья, особенности рельефа. Только после этого на территорию привозят технику и делают пробные заборы, чтобы убедиться в рентабельности производства.

Образование угля началось в каменноугольный период, который длился от 360 до 290 миллионов лет назад. Растительный материал подвергался воздействию высоких температур и давления, поскольку ил и отложения погребали болота и торфяники. Это вызвало физические и химические изменения в растительности, превратив ее в уголь. Степень органической зрелости определяет тип найденного угля.

Наименее зрелым углем является лигнит, также называемый бурым углем или мягким углем. Бурый уголь представляет собой низкосортный уголь с меньшим содержанием углерода и теплоотдачей. Продолжающееся воздействие температуры и давления превратило бурый уголь в битуминозный уголь, также называемый каменным углем или черным углем. Продолжающаяся органическая зрелость дала антрацитовый уголь. Битуминозный и антрацит — это высокосортные угли с высокой теплотворной способностью, поскольку они также содержат большое количество углерода.

Битуминозный уголь бывает двух категорий — энергетический и металлургический. Энергетический уголь используется в производстве электроэнергии, цементных заводах и других промышленных целях. Металлургический уголь используется для производства железа и стали. Иллинойский уголь — это битуминозный энергетический уголь.

По данным Геологической службы штата Иллинойс Иллинойс обладает крупнейшими известными запасами битуминозного угля в стране. По оценкам ISGS, из 200 миллиардов тонн угля, которые, по оценкам, залегают под землей в штате, около 38 миллиардов тонн этого угля можно добывать с экономической точки зрения.

Первые исследователи угольных пластов вдоль реки Иллинойс наблюдали в 1668, 1669 и 1673 годах. . По некоторым сведениям, первая коммерческая добыча угля состоялась в 1810 году на берегу реки Биг-Мадди недалеко от Мерфисборо в графстве Джексон. Подземные угольные пласты были обнаружены, когда поселенцы начали переселяться вглубь суши, подальше от ручьев и рек, и начали бурение скважин для воды. Добыча угля превратилась в крупную отрасль с ростом железных дорог и увеличением производства. Добыча шахты началась вскоре после завершения строительства Центральной железной дороги Иллинойса в 1855 году, и в течение десяти лет были разработаны угольные месторождения по всему штату.

В 1882 году в первом годовом отчете штата Иллинойс задокументировано, что 43 округа добывают уголь на 685 шахтах, на которых занято 20 299 горняков, из которых 870 были моложе шестнадцати лет. Ранние подземные, наклонные или шахтные шахты копали вручную кирками и лопатами. Древесина использовалась для поддержки крыши, где работали шахтеры, но падающая скала часто захватывала, ранила или убивала их. Работая в стесненных условиях по десять и более часов в день, шахтеры загружали уголь в небольшие вагонетки и толкали вагонетки к месту, где мулы либо тащили вагонетки вверх по склону, либо в клетку, где вагоны поднимали по шахте.

Общество истории труда Иллинойса описывает условия труда на ранних шахтах Иллинойса. «Шахтеры дышали спертым пыльным воздухом, и у многих развился респираторный недуг, известный сегодня как «черное легкое». Шахтеры жаловались, что угольные компании не снабжают их соответствующими рельсами, вагонами, пиломатериалами или свежим воздухом. В некоторых шахтах присутствовал взрывоопасный газ, и многие горняки были ранены или убиты взрывами. В феврале 1883 года семьдесят четыре горняка погибли во время «катастрофы на алмазной шахте», когда вода от таяния снега на поверхности внезапно хлынула в шахту, утопив рабочих внизу. Это было худшее горная катастрофа в истории Иллинойса до того времени».

В Иллинойсе используются три основных типа добычи угля: камерно-столбовая, лавой, а также открытым или открытым способом. Первые два являются формами подземной добычи, а третий, как следует из названия, осуществляется с поверхности. В 2013 году в Иллинойсе было добыто около 52 миллионов тонн угля. По состоянию на ноябрь 2014 года в Иллинойсе действовало 13 подземных шахт и 9 открытых шахт.

Большая часть угля, добываемого в Иллинойсе, добывается из угольных пластов, залегающих на глубине 200 футов или глубже. Комнаты шириной от 20 до 30 вырезаны в угольном пласте, оставляя ряд столбов шириной 100 футов или столбов угля, которые помогают поддерживать крышу шахты. По мере продвижения горных работ формируется сетка из комнат и столбов. При камерной и столбовой добыче обычно извлекается менее 50-60% угля.

Самая старая форма камерной и столбовой добычи — традиционная добыча — использует 4-этапный процесс, при котором угольный пласт разрезают, бурят, взрывают, а затем загружают в автомобили. Сегодня более распространенной формой подземной добычи является непрерывная добыча. При непрерывной добыче уголь вырубается из пласта и погружается в транспортное средство из шахты. Эта технология исключает четырехэтапный процесс при добыче от 4 до 15 тонн угля в минуту — больше, чем немеханизированная шахта 1920-х годов могла добывать за целый день.

Отступная добыча была распространена в Иллинойсе с 1040-х по 2002 год. При этом используется обычная камерная и столбовая добыча, но когда достигается конец панели, из оставшихся столбов добывается максимально возможное количество угля. . Удаление столбов, поддерживающих крышу, вызывает оседание поверхности выше. Иногда столбы оставляли незаминированными, чтобы избежать проседания и повреждения сооружений на поверхности. Добывается от 80% до 90% угля, но обрушение кровли в результате удаления целиков также представляло гораздо большую опасность для горняков.

При добыче длинными забоями уголь удаляется режущей машиной, которая работает взад и вперед по угольному забою, срезая уголь толщиной с угольный пласт (от 5 до 9 футов) в панелях шириной примерно 1500 футов и до 3-5 мили длиной. Когда уголь срезается, он падает на конвейер и вывозится из шахты. Стальной навес поддерживает вес крыши и движется вперед с каждым проходом режущего станка. По мере того, как техника продвигается вперед, крыша позади обрушивается, что называется «запланированным проседанием».

Панели разделены секциями камерной и столбовой выемки, которые обеспечивают доступ в шахту для рабочих, оборудования и угольных конвейеров. Каждая шахта с длинным забоем имеет множество параллельных панелей, которые образуют «теневую зону» шахты, размер которой обычно составляет от 5 000 до 10 000 акров. Величина оседания на поверхности над панелью лавы обычно составляет от 4 до 6 футов, или примерно от 60% до 70% высоты выработанного участка. Возникающее в результате оседание наносит ущерб сооружениям, колодцам, дорогам и мостам, а также поверхностным и подземным дренажам.

Вайоминг, ведущий производитель угля в стране с 1986 года, обеспечивает около 40% американского угля через 10 крупнейших добывающих шахт, расположенных в бассейне Паудер-Ривер. Большая часть угля штата Вайоминг является суббитуминозным, что делает его привлекательным выбором для электростанций, поскольку в нем меньше серы и его сжигание составляет от 8400 до 8800 БТЕ на фунт. Уголь штата Вайоминг считается экологически чистым, а значит, более безопасным для окружающей среды. За последние несколько десятилетий уголь из Вайоминга неуклонно завоевывает все большую долю в общем объеме электроэнергии в стране по целому ряду причин.

Большая часть угля Вайоминга образовалась между 50 и 58 миллионами лет назад из торфа, который собирался в обширных болотах, которые часто покрывали тысячу квадратных миль и сохранялись в течение тысяч лет. Торф — это древесный растительный материал, который попадает в болото и вскоре распадается на черноватый, богатый углеродом слой геля на дне болота. Чем толще слой геля, тем толще будет угольный пласт. Чтобы превратиться в уголь, слой геля необходимо нагреть. Это происходит из-за растущего геотермального тепла, пойманного из-за изолирующего эффекта тысяч футов отложений, которые погребли торфяное болото. При нагревании до 150 градусов по Фаренгейту гель начинает превращаться в уголь. Чем выше температура и больше время, тем выше теплота сгорания угля.

Торф Вайоминга, собранный в болотах с пресной водой, поэтому в нем очень мало серы, что позволяет нам получать наш ценный уголь с низким содержанием серы. Угольные образования Форт-Юнион и Уосатч в бассейне Паудер-Ривер покрывают более тысячи квадратных миль на северо-востоке Вайоминга и включают угольные пласты с низким содержанием серы и золы толщиной до 250 футов. В настоящее время большая часть угля штата Вайоминг добывается из угольных пластов толщиной 100 футов. Это одни из самых крупных и мощных угольных пластов в мире.

Лигнит: Лигнит (часто называемый бурым углем) имеет коричневато-черный цвет с высоким содержанием влаги. Имеет самую низкую теплотворную способность. Бурый уголь варьируется от частично разложившегося торфа до готового гелеобразного материала. Буроугольные рудники в США расположены в основном в Монтане, Северной Дакоте, Луизиане и Техасе.

Полубитуминозный уголь: Полубитуминозный уголь образуется из лигнитового геля, нагретого не менее чем до 150°С.0131 0 F. Он тверже, чернее и имеет более высокую теплоемкость, чем бурый уголь. Уголь Вайоминга полубитуминозный. Крупные запасы полубитуминозного угля также находятся в Монтане, Колорадо, Нью-Мексико, Вашингтоне и на Аляске.

Битуминозный уголь: Более высокие и продолжительные температуры, воздействующие на суббитуминозный уголь, приводят к образованию битуминозного угля). Битуминозный уголь (часто называемый каменным углем) имеет более высокую теплоемкость, чем лигнит или полубитуминозный уголь. В США битуминозный уголь добывают в основном в Аппалачах и в штатах Среднего Запада Айова, Иллинойс, Индиана и Огайо.

Антрацитовый уголь: Антрацит (также называемый каменным углем) образовался, когда битуминозный уголь подвергся еще большему нагреву в течение более длительного времени, и обычно ассоциируется с горообразующими силами. Хотя редко, антрацит имеет самое высокое теплосодержание. Антрацитовые угольные пласты Пенсильвании являются крупнейшими в мире.

Уголь в Вайоминге вскрывается и вывозится большими машинами в процессе, называемом открытой добычей полезных ископаемых. Прежде чем уголь можно будет извлечь из земли, верхний слой почвы и грязь над ним удаляют с помощью скребков. Эта почва обычно удаляется перед ямой и переносится позади, чтобы разместить ее поверх мелиорированных участков или засыпать. Грязь, ложащаяся поверх угля (вскрыша), следует той же схеме. Вскрышная порода имеет толщину около 120 футов и раскопана тремя 40-футовыми уступами. После того, как вскрыша снята, ее относят за ямой и укладывают на то место, где был вынут уголь. Теперь уголь обнажен и его можно выкопать. Когда уголь добыт, его перерабатывают. Обработка начинается на подготовительном заводе, где его промывают и очищают от загрязняющих веществ, таких как камни, пепел, сера и другие вещества. После очистки уголь проходит различные процессы, включая удаление посторонних материалов и сортировку по размеру. Большие куски будут измельчены или измельчены до более удобного и полезного размера. После обработки уголь снова очищается и транспортируется грузовиками и поездами туда, где он нужен. Уголь из Вайоминга транспортируется более чем в 30 штатов.

После того, как уголь удален, начинается процесс рекультивации земли. Это известно как современная мелиорация. Процесс рекультивации включает в себя засыпку пустоты вскрышными породами, оконтуривание засыпанной поверхности, замену верхнего слоя почвы, подготовку семенного ложа и посев утвержденных смесей, а также наблюдение за растениями и фауной. Рекультивация проводится поэтапно и контролируется высококвалифицированными специалистами и инженерами-экологами, работающими на рудниках, а также государственными и федеральными агентствами для обеспечения соблюдения законов.

На сегодняшний день примерно 47 процентов земель в Вайоминге, нарушенных добычей угля, были рекультивированы или находятся в процессе рекультивации. Остальные 53 процента составляют действующие рудники, объекты и склады.

Уголь обеспечивает более половины электроэнергии в стране. Рассмотрим следующую статистику: Каждый человек в США использует 20 фунтов угля каждый день, и 8 из 10 тонн угля используются для производства электроэнергии. Фунт угля дает достаточно электроэнергии, чтобы зажечь десять 100-ваттных лампочек в течение одного часа. Уголь также широко используется в промышленности и на производственных предприятиях США для производства химикатов, бумаги, керамики и различных металлических изделий. Это важный источник кокса для сталелитейной промышленности, а побочные продукты угля используются для производства линолеума, лекарств, моющих средств, парфюмерии, пищевых ароматизаторов, фунгицидов, инсектицидов, растворителей и консервантов для древесины.

Как добывают уголь в шахтах и какой из способов самый приемлемый

Где ведется добыча

Как добывают каменный уголь

Шахтный способ

Открытый способ

Гидравлический способ

Добыча угля — открый, закрытый и гидравлический способы

История добычи черного золота в мире

Как происходит добыча угля на современных шахтах

Основные способы добычи угля

Создавайте будущее вместе с нами

Карьерный способ

Шахтный способ

Гидравлический способ

Копанка или добыча угля в домашних условиях

Самые эффективные способы

Основы добычи угля | Sierra Club

Угольный бассейн Иллинойса

Типы угля

Краткая история добычи угля в Иллинойсе

Современные методы добычи угля

Откатная добыча с высокой добычей

Узнайте о шахтах штата Вайоминг.

Происхождение

Факты об угле

По номерам

Виды угля

Горнодобывающая промышленность и переработка

Рекультивация

Использование