Откуда берется уголь под землей: Уголь и нефть: откуда берутся, как образовываются – коротко, фото и видео

Угольные примеси — ценные и коварные

Любой, у кого спросят, какой элемент составляет основу ископаемых углей, ответит: углерод. И действительно его содержание от 50 до 97%. В углях присутствуют также кислород, водород, азот и сера, хотя и в значительно меньших количествах. Но есть ещё элементы-примеси, о которых мало кто знает. Чем они опасны? И какая от них польза?

Каа-Хемский угольный разрез в Туве. Для каменных углей Каа-Хемского месторождения характерны низкая зольность и малосернистость, относительная чистота по тяжёлым металлам и токсичным элементам. Фото Игоря Константинова.

Собственные минералы германия встречаются исключительно редко. Обычно он внедряется в кристаллические решётки других минералов.

Одна из ТЭС в Перми. По данным экологического мониторинга, ТЭС — один из основных стационарных источников загрязнения окружающей среды.

Выбросы некоторых элементов-примесей двумя крупными ГРЭС, работающими на углях Донбасса и Кузбасса, г/с.

‹

›

Открыть в полном размере

Химические элементы, составляющие от единиц до тысячных долей процента от общей массы углей, называют элементами-примесями. В углях на их долю в сумме обычно приходится не более 1% неорганического вещества, если не считать серу. Всего в углях обнаружено более 50 элементов-примесей с различными химическими свойствами.

Основатель угольной геохимиии — выдающийся норвежский учёный Виктор Мориц Гольдшмидт (1888—1947). Он известен и как автор геохимической классификации элементов, закона замещения одних элементов другими в кристаллической решётке минералов (закона изоморфизма, названного его именем), и как автор гипотезы о строении и составе внутренних сфер земли.

Российские геологи-геохимики профессор Яков Эльевич Юдович и Марина Петровна Кетрис (Институт геологии Коми научного центра Уральского отделения РАН) собрали, проанализировали и обобщили данные по элементам-примесям основных угольных бассейнов и месторождений мира. По результатам этой огромной работы были рассчитаны средние (кларковые) содержания в углях 25 элементов-примесей, на которые опираются при оценке информации о концентрациях этих элементов в углях.

Напомним: уголь — горючее полезное ископаемое, образующееся из торфа. Преобразование торфа в уголь происходит под действием повышенной температуры и давления недр земли при тектоническом опускании территории и перекрытии пластов торфа нарастающей массой осадочного материала. В зависимости от глубины погружения органическое вещество торфа находится на разной степени преобразования. В результате образуются угли бурые, каменные или антрациты. Геологи называют соответствующие стадии изменения органического вещества углей стадиями метаморфизма (от греч. metamorphoomai — преобразование). Вспомним также, что торф — это разложившиеся в водной среде торфяных болот ткани растений, изменённые в результате биохимических и микробиологических процессов.

Растения при жизни содержат не только углерод, водород, кислород, азот и серу, но и многие другие элементы — в низких или очень низких концентрациях. Они получили название «микроэлементы». Многие из них, несмотря на ничтожные концентрации, играют исключительно важную роль в жизненных процессах растений — ускоряют ферментативные окислительно-восстановительные реакции, фотосинтез и синтез белков. Это железо, марганец, кобальт, медь, никель, цинк, молибден, бор и некоторые другие. Всего подобных элементов около двадцати. В тех случаях, когда растения произрастают в районах с повышенной концентрацией элементов-примесей в почвах, например в районе рудных месторождений, их содержание в углях может увеличиваться в десятки и даже сотни раз. Геологи используют этот факт для эффективного поиска рудных залежей — так называемый биогеохимический метод поиска.

Интересно заметить, что В. М. Гольдшмидт, обнаруживший высокие концентрации германия и некоторых других химических элементов в саже угольного камина, в поисках ответа на вопрос, как он там оказался, высказал предположение, что этот элемент первично накапливался в листьях торфообразующих растений в результате испарения влаги, поступающей из почвы. Однако эта привлекательная своей простотой гипотеза впоследствии не нашла подтверждения. Учитывая современные данные, можно заключить, что прижизненное накопление элементов-примесей в растениях не может привести к существенному их концентрированию в угле. Если так, то откуда в торфе и углях берутся элементы-примеси в концентрациях, порой во много раз превышающих кларковые? Источниками могут быть породы, обрамляющие область торфонакопления. Торфоведы называют их областью «минерального питания торфяника». Поверхностные и грунтовые воды, размывая эти породы, вносят в торфяник растворённые соединения элементов-примесей. Другой источник элементов-примесей — глубинные (гидротермальные) воды. В этих случаях концентрация растворённых элементов-примесей в торфяной воде может быть очень высокой и угли, которые сформировались в подобных условиях, образуют наиболее ценные (с точки зрения содержания элементов-примесей) промышленные месторождения.

По мнению большинства исследователей, накопление элементов-примесей в углях происходит на торфяной или буроугольной стадии их образования. Как именно взаимодействуют элементы с ископаемым органическим веществом в процессе торфообразования и метаморфизма — до конца ещё не решённая проблема геохимии. Её трудность связана со сложным составом органических соединений, разнообразием физико-химических условий в природных средах. Отсюда большое число гипотез, описывающих природные химические реакции между элементами-примесями и органическим веществом. Суммируя и упрощая, можно выделить главные. Органическое вещество торфа сорбирует растворённые в природных водах элементы-примеси, восстанавливает их до низших валентностей, изменяя при этом растворимость, что может привести к выпадению их в осадок. Наконец, главные компоненты торфа и бурого угля — гуминовые кислоты — концентрируют элементы-примеси, образуя комплексные соединения. Мы упомянули стадию образования бурого угля не случайно. С увеличением степени метаморфизма происходит изменение молекулярного строения угольного органического вещества, главный комплексообра-
зователь — гуминовая кислота — утрачивает способность концентрировать элементы-примеси. На стадии каменных углей и антрацитов гуминовые кислоты исчезают вовсе, преобразуясь в химически малоактивные гуминовые вещества. Однако при выветривании (окислении) углей может происходить так называемая регенерация гуминовых кислот: их молекулярная структура в значительной степени восстанавливается и вместе с этим восстанавливается их способность к взаимодействиям с элементами-примесями. Именно в результате подобного развития геохимических событий образовались крупнейшие месторождения урана, германия и многих других элементов-примесей, связанные с угольными пластами.

Элементы-примеси бывают ценными и токсичными. К ценным относят элементы, которые используются в промышленном производстве и которые экономически целесообразно извлекать из угля или угольной золы. В настоящее время это германий, уран и галлий.

Все российские промышленные запасы германия сосредоточены именно в углях. Отметим, что в мире главный источник этого ценного материала — полиметаллические сульфидные руды. В нашей стране месторождения германиеносных углей находятся в Приморье (Павловское месторождение), на острове Сахалин (Новиковское месторождение) и в Бурятии (Тарбагатайское месторождение). Среднее содержание германия около 200 граммов на тонну угля, но часто значительно выше. Добывают его из «летучей» золы, образующейся при сжигании угля и скапливающейся на электрофильтрах и в рукавных фильтрах, где она улавливается.

Первыми промышленными источниками урана в нашей стране также были угольные месторождения. Позже им на смену пришли другие типы урановых руд.

К группе ценных элементов-примесей относят и элементы, которые можно извлекать совместно с германием и ураном: свинец, цинк, молибден, селен, золото, серебро и редкоземельные элементы.

Ванадий, хром, никель, вольфрам, бор, ртуть называют потенциально ценными. Как видно из самого названия, они могут приобрести значение ценных, если их извлечение станет экономически выгодным.

При сжигании углей (на что расходуется примерно три четверти объёма всей их мировой добычи) элементы-примеси в большей или меньшей степени переходят в золу, причём их концентрация в золе может оказаться значительно более высокой, чем в сжигаемом угле. Например, концентрация германия в золе достигает нескольких десятков килограммов на тонну. Средние концентрации элементов-примесей в золах углей мира получили название зольных кларков. Для многих элементов-примесей (теллура, германия, молибдена, урана, кадмия, ртути, висмута, сурьмы и селена) они больше, чем кларки этих элементов в осадочных породах. Таким образом, зола, образующаяся при сжигании углей, — это руда, из которой в будущем они, возможно, будут извлекаться, а их концентрация в золе станет показателем при промышленной оценке месторождений.

К токсичным относят элементы-примеси, которые при сжигании углей на тепловых электростанциях (или других видах их термической переработки) способны переходить в газовую фазу при температуре сжигания и выбрасываются с дымовыми газами в атмосферу. Эти элементы, выпадая вместе с осадками, переходят в водоёмы и почву, где включаются в трофическую цепь «почва — растения — животные — человек». Обычно в их числе указывают серу, фосфор, бериллий, ртуть, мышьяк, селен, марганец, ванадий, хром, а также радиоактивные элементы — торий и уран. Последние — источники радиационного загрязнения природной среды в районах угольных ТЭС, превышающего, по некоторым оценкам, загрязнение от АЭС равной мощности (естественно, при условии безаварийной эксплуатации последних).

Степень негативного воздействия вредных веществ определяется концентрацией загрязнителей (в нашем случае — элементов-примесей) в приземном слое воздуха и их токсическими свойствами. При оценке токсичности элементов-примесей учитывают их концентрацию в топливе и способность переходить в газовую фазу дымовых выбросов при сжигании углей. Отметим, что токсическое действие многих элементов-примесей и их соединений может многократно усиливаться при их совместном поступлении в организм человека.

Соединения серы (оксиды — SO₂, SO₃), образующиеся при сжигании многосернистых углей, чаще всего упоминаются в числе загрязнителей атмосферного воздуха в районах крупных угольных ТЭС. При длительном вдыхании они поражают желудочно-кишечный тракт, лёгкие и сердечно-сосудистую систему. Известный трагический пример — события декабря 1952 года в Лондоне. Плотный смог при полном безветрии держался 3—4 дня и, по официальным данным, погубил более четырёх тысяч человек. Ежедневные анализы воздуха показали, что смертность нарастала прямо пропорционально концентрации двуокиси серы (в основном топливного происхождения) в атмосфере.

Один из экологически опасных элементов-примесей — бериллий, который обладает высокой биологической активностью и оказывает аллергическое и канцерогенное воздействие на организм человека*.Он накапливается в скелете, печени и лёгких (имеются сведения о заболеваемости работников угольных тепловых электростанций бериллиозом — серьёзной патологией лёгких). Промышленные объекты, работающие на угле и нефти, считаются главными источниками загрязнения атмосферного воздуха бериллием. Так, при среднем содержании бериллия в донецком угле, сжигаемом на одной крупной ТЭС, 2,5 г/т, выход его в газовую фазу составляет порядка 60%. На площади около 150 км², прилегающей к станции, наблюдается двух-трёхкратное превышение предельно допустимой среднесуточной концентрации (ПДК_СС) этого токсичного элемента в атмосфере воздуха. Здесь расположены несколько населённых пунктов с общей численностью населения более 100 тыс. человек.

Другой токсичный элемент — ванадий. Он оказывает отрицательное воздействие на органы дыхания, нервную систему, обмен веществ. Наиболее уязвимы печень, почки, семенники, костная ткань.

Уран, торий обладают высокой токсичностью и в форме химических элементов, и в форме их соединений — главным образом, в виде радиационного воздействия. Примерами служат последствия сравнительно недавних катастроф в атомной энергетике.

Оценки выброса некоторых элементов-примесей двумя крупными ГРЭС приведены в таблице.

Отказаться от угольной энергетики в обозримом будущем вряд ли удастся. Что же делать? Геологи знают, что разработку месторождений часто можно организовать с учётом распределения токсичных элементов в угольных пластах. При подобном планировании концентрация элементов-примесей в топливе, поступающем на ТЭС, может быть снижена. Снижение концентрации элементов-примесей в дымовых выбросах достигается также за счёт повышения эффективности систем очистки дымовых выбросов от золы, поскольку значительная часть элементов-примесей попадает в дымовые газы вместе с твёрдыми частицами, на поверхности которых они оседают.

Отрицательные экологические последствия сжигания углей могут быть уменьшены и при правильном выборе технологии сжигания углей — высоты и числа дымовых труб, скорости выброса дымовых газов и их температуры. Наконец, вредное воздействие выбросов снижается размещением ТЭС с учётом метеоусловий района, прежде всего, господствующих направлений и скорости ветра.

Таким образом, элементы-примеси стóят похвал и заслуживают обвинений. Чего больше — пусть решат будущие поколения.

Подробности для любознательных

Физические и химические свойства германия были предсказаны в 1871 году Д. И. Менделеевым на основе открытого им периодического закона. Учёный назвал этот элемент эка-кремнием — «сходный с кремнием». В 1885 году германий был обнаружен немецким химиком К. Винклером в минерале аргиродите — Ag₈GeS₆. С этим элементом связано начало эры полупроводниковой электроники, оказавшей исключительное влияние на промышленный и научный прогресс. Когда позднее германий в большой степени был заменён на кремний, он остался принципиально важным элементом в производстве инфракрасной оптики (приборов ночного видения) и оптико-волоконных систем связи. Большие перспективы для германия могут открыться в солнечной энергетике: панели на его основе имеют очень высокий КПД — примерно 37%.

Уран был открыт М. Г. Клапротом в 1789 году, правда, позднее оказалось, что немецкий химик открыл не сам элемент, а его оксид UO₂. Д. И. Менделеев поместил уран в самую дальнюю клетку периодической таблицы и первым правильно оценил его плотность, равную 19 005 кг/м³ (большая плотность позволяет использовать обеднённый уран в качестве балластного материала и сердечников бронебойных снарядов — взамен более дорогого вольфрама).

В 1896 году А. А. Беккерель обнаружил радиоактивность «урановой смолки» — минерала урана. Несколько позднее Пьер и Мария Кюри выделили из неё ещё один химический элемент — радий. В 1903 году всем троим за открытие и изучение радиоактивности была присуждена Нобелевская премия по физике. Интерес к урану достиг апогея после того, как он стал использоваться для изготовления атомных бомб.

В числе других ценных элементов, содержащихся в углях, — галлий (материал, используемый в детекторах нейтронов, а его соединения применяются в электронике, лазерах, световодах), селен (используется в термоэлектрических и фотоэлектрических приборах, медицине), молибден (используется как легирующая добавка в легированных сталях, жаропрочных и коррозионностойких сплавах, в качестве катализаторов химических реакций).

Из числа редкоземельных элементов отметим самарий, необычно высокие концентрации которого обнаружены в золе некоторых теплоэлектростанций. Самарий используется при изготовлении сверхмощных постоянных магнитов, в атомных реакторах. Моносульфид самария (SmS) обладает термоэлектрическими свойствами и считается перспективным материалом для прямого преобразования тепла в электричество в объектах автомобильной, аэрокосмической, судостроительной промышленности.

Литература

Кизильштейн Л. Я. Экогеохимия элементов-примесей в углях. — Ростов-на-Дону: Изд-во СКНУ ВШ, 2002. — 296 с.

Юдович Я. Э. Грамм дороже тонны. Редкие элементы в углях. — М.: Наука, 1989. — 160 с.

Юдович Я. Э., Кетрис М. П. Неорганическое вещество углей. — Екатеринбург: УрОРАН, 2002. — 422 с.

Комментарии к статьи

* Напомним, что бериллий — один из важнейших «промышленных» металлов. Он используется в качестве легирующей добавки к различным сплавам и в производстве огнеупорных материалов. В ядерной энергетике его применяют как замедлитель и отражатель нейтронов.

7.1.2. Происхождение ископаемого угля — Энергетика: история, настоящее и будущее

Угли – один из наиболее распространенных видов полезных ископаемых. Они выявлены на всех континентах земного шара. Известно около 3000 угольных месторождений и бассейнов.

Ископаемые угли – твердая горная порода, образовавшаяся из остатков отмерших растений в результате биохимических, физикохимических и физических преобразований. Кроме органических составляющих, в углях всегда присутствуют минеральные примеси, содержание которых колеблется в широких пределах (от 1–2 до 50%).

Состав и свойства углей определяются природой их материального вещества, т.е. исходного растительного материала, эпохой и условиями протекания первой стадии углеобразования, а также метаморфизмом, т. е. изменениями угольного вещества, связанными с последующей историей их формирования.

Ископаемые угли в значительной своей части образовались из остатков растительного мира прошлых геологических периодов при активном участии микроорганизмов. Вместе с тем для их образования было необходимо не только наличие таких остатков, но и требовались определенные условия, при которых эти растительные остатки могли бы накапливаться в огромных количествах на значительных площадях, сохраняться и в последующее время глубоко преобразовываться, переходя в конечном итоге в ископаемые угли, горючие сланцы или участвуя в создании нефтяных месторождений.

Образование углей происходило на протяжении многих геологических периодов, в течение которых неоднократно изменялись климат и рельеф земной поверхности, а следовательно, и растительный мир. Соответственно создавались благоприятные или неблагоприятные условия для образования углей.

Пласты углей встречаются в осадочных породах всех геологических периодов начиная с силурийского возраста, а остатки вообще углистых веществ, по-видимому, органического происхождения известны в значительно более древних породах докембрия.

Исходная растительность. В результате детального изучения остатков древесины, коры, ветвей, листьев или их отпечатков, сохранившихся в пластах каменных углей, представилось возможным восстановить первоначальные формы, размеры, строение растений прежних геологических периодов, способы их размножения и даже условия их произрастания. В самые ранние геологические периоды накопление органического материала происходило за счет наиболее примитивных представителей растительноживотного мира. Именно так образовались огромные массы карбонатных пород – известняков, мергелей, доломитов, однако считается, что в отдельных случаях они давали начало и углистым образованиям, сохранившимся до наших дней. Примером могут служить так называемые «шунгиты», встречающиеся среди докембрийских кристаллических сланцев Карелии.

В последующие геологические периоды происходило развитие более сложных организмов – многоклеточных сине-зеленых водорослей, которые явились исходным материалом для некоторых месторождений горючих сланцев. Например, из таких водорослей в нижнесилурийский период образовались горючие сланцы – «кукерситы» – в Эстонии.

Родственное углю твердое горючее ископаемое – горючий сланец – состоит преимущественно из минеральной составляющей (70–90%), а содержание органического вещества (керогена) не превышает 30%.

В связи с преобладанием сапропелитовой компоненты в керогене сланцев при их нагреве от 50 до 98% органической массы выходит в виде летучих и, главным образом, жидких продуктов – сланцевых масел, что дает еще больше оснований, чем в случае сапропелитовых углей, называть горючие сланцы «твердой нефтью».

Запасы керогена горючих сланцев в земной коре более чем в 30 раз превышают запасы нефти.

Некоторые страны, например Эстония и Израиль, рассматривают горючие сланцы как единственный местный топливный ресурс, а Австралия планирует довести переработку своих сланцев в смолу до масштабов, обеспечивающих полную независимость страны от ввоза нефти.

Стоимость продуктов, получаемых из горючего сланца (ихтиол и другие фармацевтические препараты, бензин, керосин, смазочные и топливные масла, парафин, лаки и мастики, сырой бензол и др.), в несколь3 ко раз превышает стоимость исходного сырья.

На территории Украины расположены крупные месторождения горючих сланцев (Карпатское и Болтышское) с общими запасами более 500 млрд.т. Их разработка сдерживается главным образом из-за того, что не внедряются эффективные технологии переработки сланцев и разделения полученных при этом жидких продуктов.

К началу девонского периода водоросли в своем эволюционном развитии сделали значительный шаг вперед, приспособившись к существованию в прибрежной части суши. Эта первая полуназемная растительность – псилофиты (без настоящих листьев и корней) – местами давала значительные заросли, из которых впоследствии образовались уже настоящие угли (месторождения по р. Барзас в Кузнецком бассейне, угли Медвежьего острова в Баренцовом море).

Гумусо-сапропелитовая природа и условия образования углей Донецкого бассейна связаны с периодическим затоплением его территории морем, из-за чего в нем насчитывается до 150 угольных пластов, образовавшихся в различное время.

Менее 20% отмершей растительности аккумулируется в виде торфа, средняя скорость аккумуляции торфа составляет 1 мм в год, а из 1 м торфа может получиться до 20 см каменного угля.

Наиболее пышного расцвета наземная растительность достигает в каменноугольный период (рис. 7.5), когда на смену псилофитам приходят тайнобрачные (древовидные папоротники, огромных размеров хвощи) и плауновые (каламиты, лепидодендроны, сигиллярии), которые размножались спорами. Заселяя низменные берега прибрежно-морских и континентальных водоемов, эта растительность явилась исходным материалом, из которого формировались такие крупнейшие угольные бассейны, как Донецкий, Кузнецкий, Карагандинский, Подмосковный и многие другие в различных районах земного шара.

В последующее время по мере эволюции растительного мира тайнобрачные постепенно вытесняются голосемянными, являвшимися прообразом современных хвойных,

– кордаитами. Господство кордаитов наступает в юрский и нижнемеловой периоды. В результате имело место образование многих угольных месторождений Сибири и Дальнего Востока (Канско-Ачинский, Иркутский, Буреинский бассейны).

В нижнемеловом периоде появляется еще более совершенная растительность из числа покрытосемянных, уже близкая к современной. Гигантские деревья достигают 100 м высоты при диаметре стволов до 15 м. Новый пышный расцвет растительного мира наблюдался в третичном периоде.

Таким образом, за время, прошедшее с момента появления органической жизни, на Земле неоднократно возникали особо благоприятные условия для развития растительного мира. В каменноугольный, пермский, юрский, меловой и третичный периоды они обеспечили образование основной массы угольных месторождений.

Климатические условия. Для усиленного развития растительного мира необходим прежде всего благоприятный климат, влияние которого сказывается не только на росте растений, но и на строении и составе флоры. Так, растения каменноугольного периода достигали большой высоты, имели толстые, мягкие, большие листья, обладали слабой корневой системой. Годовые кольца у них отсутствовали. Несомненно, что они произрастали в условиях теплого, влажного и равномерного климата. Примерно такой же климат был в юрский период и в начале третичного.

Вместе с тем значительные количества растительного материала накапливаются в современных торфяниках в районах умеренно-холодного климата. Это показывает, что и в прошлые геологические периоды примерно в таких же климатических условиях могло происходить накопление торфа – исходного материала для образования угля.

Рельеф поверхности. Важным фактором для углеобразования является характер рельефа поверхности, от которого зависят условия произрастания растений и накопления их остатков. Накопление значительных количеств растительных остатков возможно только в областях пониженного рельефа, с заболоченными площадями, подобных современным торфяникам. Кроме того, равнинно-низменный рельеф, особенно в прибрежно-морских условиях, благоприятствовал существованию равномерного и влажного климата, а тем самым способствовал усиленному произрастанию и общему расцвету растительного мира.

Автохтонное накопление. Основная масса материнского вещества угля в форме растительных остатков накапливалась на месте произрастания растений. Такой вид накопления называется автохтонным. Наглядное представление об условиях автохтонного накопления дают современные торфяники. Торфяные болота образуются в результате зарастания наземными и водными растениями различных водоемов со стоячей или малоподвижной водой (болот, озер, заливов и лагун морей и океанов). В застойных водах при недостатке кислорода растительный материал предохраняется от полного окисления и, кроме того, в них слабо развиваются микроорганизмы, разрушающие растения.

Наиболее благоприятными для развития наземно-водных растений и накопления их остатков являются низинные болота, питающиеся грунтовыми водами, богатыми минеральными солями. При этом особенно большое значение для углеобразования имеют болота – топи, в которых уровень грунтовых вод всегда стоит несколько выше торфяного слоя. В зарастании водоемов озерно-болотной растительностью существует закономерная последовательность. В прибрежной – самой мелководной – части произрастает осока, с увеличением глубины начинают преобладать тростники, затем камыши, а глубже 3–4 м образуется подводная зона из кувшинок и водяных лилий. На открытой поверхности водоемов в большом количестве развивается так называемый «планктон», состоящий из свободно плавающих микроводорослей. Из остатков болотной травяной растительности впоследствии и образуется торф – осоковый, тростниковый, камышовый. Планктон же микроводорослей при отмирании падает на дно и, смешиваясь с глинистыми частицами, образует сапропель – гнилостный ил.

В дальнейшем на поверхности заросшего торфяного болота развиваются мхи, способные существовать за счет влаги атмосферных осадков, затем с берегов начинает продвижение травянистая, а за ней и древесная растительность (ольха, береза).

Большинство современных торфяников образуется на континентах с умеренно-холодным и относительно влажным климатом. В прошлые геологические периоды накопление остатков растительности происходило главным образом в огромных приморских лагунах и заливах в условиях более теплого и влажного морского климата. Однако аналогичные условия, хотя и в меньших масштабах, имеются и в настоящее время. Примером может служить огромный торфяник «Гиблое болото» в Северной Америке, расположенный на берегу Атлантического океана. Здесь исходным материалом для образования торфа является древесная растительность (кипарисы, тополи, кедры), приспособленная к жизни в болотных условиях.

Известное представление о торфяниках, образующихся в условиях жаркого климата, дают современные мангровые болота морского побережья Индии и Цейлона, где накапливается большое количество растительного материала и органического ила.

Большинство угольных месторождений имеет автохтонное происхождение. Угли автохтонного происхождения обладают некоторыми особыми признаками, главные из которых следующие:

• Наличие корневых остатков в почве угольных пластов. Часто в глинистой почве угольных пластов наблюдаются остатки и обрывки корешков растений (стигмарии). У донецких шахтеров такие слои получили специальное название «кучерявчик».
• Почвы с обуглившимися пнями деревьев.
• Вертикально стоящие пни иногда встречаются в большом количестве при разработке угольных пластов, представляя собой как бы остатки ископаемого леса.
• Боковые корневые побеги. Некоторые растения (тростники, хвощи), поднимаясь все выше и выше по мере роста торфяника, дают дополнительные корневые побеги, которые и встречаются в углях.
• Известковые почки. Под этим названием понимаются конкреции, чаще всего округлой формы, по своему химическому составу близкие к доломиту. В этих конкрециях нередко находят минерализованные остатки растений совершенной сохранности, что исключает возможность их переноса. Чистота угля, т. е. незначительное содержание в нем золы, также является одним из признаков его автохтонного образования, так как при переносе растительных остатков текучими водами последние всегда несут и песчано-глинистый материал, который дает повышенную зольность угля.
• Постоянная мощность угольных пластов на больших протяжениях. Очень часто пласты каменных углей расположены на площадях в сотни и даже тысячи квадратных километров при небольших колебаниях в их мощности. Это возможно только при условии их образования на месте произрастания растительности, так как только в таком случае можно допустить равномерное накопление огромных масс растительных остатков.

Аллохтонное накопление. Часть угольных месторождений образовалась в результате переноса и переотложения растительного материала текучими водами. Реки часто переносят на большие расстояния стволы деревьев и другой растительный материал, который на участках с замедленным течением, в заводях, широких устьях, дельтах задерживается и, оседая на дно, может давать значительные накопления.

Рис. 7.5. Ландшафт продуктивной эпохи каменноугольного периода

Таблица 7.1. Важнейшие показатели бурого и каменного углей

Признаки образования угольных месторождений аллохтонным способом в общем противоположны признакам их возникновения автохтонным способом. Кроме того, для угольных пластов, образовавшихся аллохтонным способом, весьма характерно расщепление на несколько выклинивающихся пачек.

Изменение растительных остатков. Образование торфа, бурых углей, сапропелитов, липтобиолитов. На открытом воздухе растительность после отмирания подвергается медленному окислению или тлению. При тлении образуются газообразные продукты (СО2), вода и небольшое количество золы. При ограниченном доступе кислорода растительность полностью не разлагается и возникает так называемый перегной. Изменение же растительных остатков с образованием торфа может происходить только в относительно более глубоких частях водоемов без доступа кислорода воздуха. Здесь в разложении остатков основная роль принадлежит микроорганизмам, так называемым анаэробным бактериям, способным существовать в безвоздушной среде. Таким образом, процесс формирования торфа по существу биохимический и представляет собой медленное и постепенное окисление за счет кислорода самого растительного материала. При этом кислород стремится перейти в СО2, а водород в СН4.

С разложением растительных тканей под водой всегда связано образование органических гуминовых кислот, а сам процесс разложения носит общее название гумификации.Образовавшиеся из торфа угли принято называть гумитами,или гумусовыми углями. После образования над торфяником минеральной кровли биохимические процессы постепенно замедляются и начинаются дегидратация торфа (потеря воды), его уплотнение и уменьшение количества гуминовых кислот. Изменение элементного состава органической массы сводится в основном к уменьшению процентного содержания кислорода и увеличению доли углерода. В совокупности все эти факторы и определяют постепенный переход торфа в бурый уголь.

Бурый уголь, который еще сохранил ясное строение древесины, называется лигнитом, являющимся как бы промежуточным образованием между торфом и бурым углем. В особые группы выделяются так называемые липтобиолиты и сапропелиты – угли, по исходному веществу и условиям образования отличные от гумусовых углей.

К липтобиолитам относят угли, состоящие из остатков наиболее устойчивых частей высших растений – спор, смолы, кутикулы (кожицы), пробковой ткани коры. Они могут накапливаться на месте полного разложения менее устойчивых частей растений, образуя самостоятельные прослои липтобиолитов среди бурых или каменных углей. В других случаях – при размыве торфяника – наиболее устойчивые части растительной массы, переносимой водой, отлагаются в пониженных местах рельефа и могут образовать слой липтобиолитов. Именно так, например, образуются скопления споровых, или «бумажных» (состоящих из обрывков кутикулы), углей.

На дне водоемов со стоячей и малоподвижной водой, как уже было указано, накапливаются остатки низших водорослей и планктон животных микроорганизмов. Разлагаясь, они преобразуются в бесструктурную студнеобразную массу – сапропель, или гнилостный ил. При этом белки и жиры, которыми богаты низшие организмы, превращаются в жирные кислоты – битумы, почему и сам процесс называют битуминизацией. Сапропель является главным исходным материалом для сапропелевых углей – сапропе3 литов – и горючих битуминозных сланцев.

Собственно сапропелиты отличаются тонкозернистым строением, вязкостью, раковистым изломом и состоят из скоплений хорошо сохранившихся микроскопических водорослей, сцементированных бурой основной массой. Содержание золы в них не превышает 40%. Такие сапропелиты носят общее название богхедов. Они всегда содержат какую-то часть примеси гумуса; в зависимости от его количества образуются переходные типы углей между сапропелевыми и гумусовыми, которые соответственно называют полубогхеды, кеннель-богхеды и т. д. К сапропелитам относят также горючие сланцы, обычно содержащие свыше 40% золы.

Переход бурых углей в каменные. Образование каменных углей происходит в результате воздействия высокой температуры и давления. Нижележащие пласты имеют более высокую степень метаморфизма, чем пласты, залегающие выше, когда они медленно погружаются в глубинные зоны земной коры.

При региональном метаморфизме угольные пласты, которые образовались первыми, испытывают большее давление и воздействие высокой температуры, чем пласты, залегающие выше. Поэтому ранние по возрасту угольные пласты в одном и том же бассейне обычно оказываются наиболее метаморфизованными.

Контактовый метаморфизм обусловливается тепловым и химическим воздействием магматических пород, внедрившихся в угленосную толщу. В результате бурые угли могут превращаться в каменные угли, антрациты, а иногда в естественные коксы или даже графиты (например, таково происхождение их тунгусских месторождений). Метаморфизм является причиной изменения физических и химических свойств угля: уменьшаются влажность и количество летучих составных частей органической массы, закономерно уменьшается количество кислорода, а содержание углерода возрастает, в связи с чем такой процесс изменения углей называется уг3 лефикацией. Угли приобретают черный цвет, блеск и большую плотность. При дальнейшей углефикации каменные угли переходят в тощие, а затем в антрациты.

Свойства и отличительные признаки углей. Важнейшие свойства и отличительные признаки бурого и каменного углей сравниваются в табл. 7.1, а также описываются ниже.

Плотность. Обусловлена главным образом степенью углефикации и зольностью; для бурых углей она составляет 800–1250, каменных углей – 1260–1330 и антрацитов – 1350–1500 (кг/м 3).

Твердость. Увеличивается с повышением степени углефикации и определяется по шкале Мооса в пределах от 1 до 3.

Рис. 7.6. Элементный состав древесины, торфа и углей, %

Хрупкость. Определяется по степени сопротивления раздавливанию, истиранию и удару. Наиболее хрупкими являются угли фюзенового типа, далее следуют витреновые и клареновые, а наиболее стойкие – дюреновые угли.

Цвет. Бурые угли имеют бурый цвет и на фарфоровой пластинке оставляют бурую черту, так же как и сапропелиты. Каменные угли и антрациты имеют черный цвет и оставляют такую же черту на фарфоровой пластинке.

Блеск. Характер блеска углей зависит от их петрографического состава, степени углефикации и зольности. Стеклянный блеск наблюдается у витрена, жирный – у кларена, шелковый – у фюзена; к матовым относятся дюреновые угли. Антрацит, представляющий собой уголь высшей степени углефикации, обладает сильным блеском с металлическим оттенком.

Излом. По характеру поверхности, которая получается при разломе угля, различают неровный, занозистый, волокнистый, раковистый изломы.

Включения в угле. Чаще всего в углях содержатся скопления новоотложенных минералов (кальцит, кварц, соединения железа), заполняющие открытые трещины в них; разнообразные посторонние примеси – валуны, галька, песок или прослойки песчаников; скопления глинистых минералов, занесенные в торфяники еще в период их образования; доломитовые или известняковые почки, образовавшиеся за счет отложения минеральных солей, растворенных в морской воде.

Элементный состав древесины, торфа и углей различной стадии метаморфизма приведен на рис. 7.6. Особое значение имеют примеси, адсорбируемые углями, например германия, урана и других редких элементов, в связи с чем все чаще зола таких углей, да и сами угли рассматриваются как сырье для получения этих элементов.

Естественная классификация ископаемых углей. В основу естественной классификации углей положены состав исходного материала, из которого они образовывались, и процессы изменения этого материала в природных условиях, обнаруживаемые в результате химических и петрографических исследований. Схематически эта классификация выглядит так:

Класс 1. Гумусовые угли. Образовались из торфа, в основном за счет легко разлагающихся частей высших растений (целлюлоза, древесина, лигнин): лигниты; бурые угли; каменные угли; антрациты; углистые сланцы.

Класс 2. Липтобиолиты. Образовались только из наиболее устойчивых частей высших растений (оболочка спор, смолы, кожица кутикулы). Внутри класса делятся по преобладанию исходного материала: споровые угли; смоляные угли; кутикуловые угли.

Класс 3. Сапропелиты. Образовались из остатков низших организмов (водоросли, планктон). Делятся только по зольности; кроме того, в особый подкласс выделяют богхеды, в которых низшие водоросли не сохранились от разложения и превращены в бесструктурную массу (сапроколлиты): богхеды; сапроколлиты; горючие сланцы.

Угольный пласт — Энергетическое образование

Энергетическое образование

Меню навигации

ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭНЕРГИИ

ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ

ИНДЕКС

Поиск

Рис. 1. Угольные пласты (более темные черные полосы) в скале. ^[1]

Угольный пласт представляет собой темно-коричневое или черное полосатое месторождение угля, которое видно в слоях горных пород. Эти пласты расположены под землей и могут быть отработаны методами глубокой или открытой разработки в зависимости от их близости к поверхности. Эти пласты подвергаются нормальному углеобразованию и служат традиционным угольным ресурсом. Запасы угля огромны, и это самый большой из всех видов ископаемого топлива. ^[2]

Также эти пласты могут служить нетрадиционным источником природного газа. Когда природный газ получают из угольного пласта, он известен как газ угольных пластов или метан угольных пластов. Этот газ связывается с поверхностью подземных угольных пластов, которые обычно заполнены водой. Давление этой воды заставляет газ образовывать тонкую пленку на поверхности угля. Уровень газа, связанного с угольным пластом, зависит от мощности угля, глубины залегания угля и проницаемости. ^[3]

Пласт

на главную

Угольные пласты образуются из отмершего и разлагающегося органического вещества. Как правило, это вещество происходило из древних торфяников, которые отмерли и попали в мелководные стоячие воды. Поскольку этот материал разложился, со временем он превратился в торф. Поскольку этот торф был погребен под отложениями, температура повысилась, а давление стало больше. Это сжатие и нагрев медленно превращали мягкий торф в более твердый бурый уголь. При дальнейшем захоронении и сжатии этот бурый лигнит превратился в суббитуминозный уголь, затем в битуминозный уголь и, наконец, в антрацитовый уголь. ^[4] Независимо от размера или расположения угольного пласта эта схема формирования остается неизменной.

Расположение

Размер, расположение и доступность угольных пластов могут сильно различаться. Из-за экстремальных давлений, возникающих при сжатии торфа при образовании угля, около 10 метров торфа образуют только около 1 метра угля. Однако мощность угольных прослоев может значительно варьироваться в зависимости от количества первоначально засыпанного торфа. Были обнаружены угольные пласты размером от 30 сантиметров (или примерно фута) до ширины более 30 метров. ^[2] Кроме того, эти швы могут быть зарыты либо очень глубоко, либо достаточно близко к поверхности. В большинстве случаев глубоко залегающие пласты отрабатываются с использованием методов глубокой разработки, тогда как близко расположенные к поверхности пласты добываются открытым способом.

Пожары

Рисунок 2. Участок шоссе, разрушенный пожаром на шахте Сентралия. ^[5]

Угольные пласты могут представлять опасность пожара, в результате чего иногда начинают тлеть. Как правило, эти пожары возникают от надземных пожаров, но могут продолжать тлеть под землей в течение многих лет. Иногда эти пожары могут гореть в течение десятилетий или столетий, пока топливо под поверхностью не будет израсходовано или огонь не будет потушен. Одним из наиболее широко известных пожаров угольных пластов является пожар на шахте Сентралия, который горит с 1962. ^[6] Несмотря на то, что эти пожары опасны и важны для тушения, они дороги и трудны для тушения. На международном уровне тысячи подземных угольных пожаров горят на всех континентах, кроме Антарктиды. ^[7] Эти пожары опасны, поскольку они выделяют токсичные пары, в том числе двуокись углерода, метан и ртуть, и могут вызвать новые надземные пожары. ^[7] По оценкам, глобальные выбросы от угольных пожаров приводят к ежегодному попаданию в атмосферу 40 тонн ртути, что составляет 3% ежегодных выбросов двуокиси углерода в мире. ^[7]

Ссылки

1. ↑ Wikimedia Commons. (2 июня 2015 г.). Угольный Пласт [Онлайн]. Доступно: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/8/89/Coal_seam.jpg
2. ↑ ^{2.0 2.1} Г.Бойл, Б.Эверетт, С.Пик, Дж.Рэмедж. (2 июня 2015 г.). Энергетические системы и устойчивость: мощность для устойчивого будущего , 2-е изд. Оксфорд, Великобритания: Издательство Оксфордского университета, 2012 г.
3. ↑ Австралия Пасифик СПГ. (2 июня 2015 г.). Угольный газ [Онлайн]. Доступно: http://www.aplng.com.au/home/what-coal-seam-gas
4. ↑ Стивен Маршак. (2 июня 2015 г.). Земля: портрет планеты , 3-е изд. Нью-Йорк, штат Нью-Йорк, США: W.W. Нортон и компания, 2008 г.
5. ↑ Викисклад. (2 июня 2015 г.). Pdr 1647 [Онлайн]. Доступно: http://en.wikipedia.org/wiki/Pennsylvania_Route_61#/media/File:Pdr_1647.jpg
6. ↑ Придорожная Америка. (2 июня 2015 г.). Пожар на шахте Централии [Онлайн]. Доступно: http://www.roadsideamerica.com/story/2196
7. ↑ ^{7. 0 7.1 7.2} Дэн Крей. (2 июня 2015 г.). Deep Underground, Miles of Hidden Wildfires Rage [Online]. Доступно: http://content.time.com/time/health/article/0,8599,2006195,00.html.

Добыча угля | Определение, история, типы и факты

угольная шахта

Смотреть все СМИ

Ключевые люди:

Энтони Эшли Купер, 7-й граф Шефтсбери
Дж. Кейр Харди
Хьюго Стиннес
Дэвид Альфред Томас, 1-й виконт Рондда
Артур Джеймс Кук

Похожие темы:

добыча толстых пластов
автономный самоспасатель
метод лавы
камерно-столбовая разработка
метод короткого забоя

Просмотреть весь связанный контент →

добыча угля , добыча угольных месторождений с поверхности земли и из-под земли.

Уголь — самое распространенное ископаемое топливо на Земле. Его преобладающее использование всегда было для производства тепловой энергии. Это был основной источник энергии, питавший промышленную революцию 18 и 19 веков. века, а промышленный рост той эпохи, в свою очередь, способствовал широкомасштабной эксплуатации угольных месторождений. С середины 20 века уголь уступил место нефти и природному газу в качестве основного поставщика энергии в мире. Добыча угля из открытых и подземных месторождений в настоящее время является высокопроизводительной, механизированной операцией.

История

Древнее использование обнаженного угля

Археологические свидетельства того, что уголь сжигали в погребальных кострах в бронзовом веке, 3000-4000 лет назад, в Уэльсе. Аристотель упоминает уголь («горючие тела») в своих Meteorologica , и его ученик Теофраст также записал его использование. Римляне в Британии сжигали уголь до 400 г. до н.э.; пепел был найден среди руин римских вилл и городов и вдоль римской стены, особенно в Нортумберленде, недалеко от обнажения угольных пластов. Индейцы хопи на территории, которая сейчас является юго-западом Соединенных Штатов, добывали уголь, собирая и соскребая его, и использовали его для отопления, приготовления пищи и в церемониальных залах еще в 12 веке н. э.; в 14 веке они использовали его в производстве гончарных изделий. Марко Поло сообщает, что его использование было широко распространено в Китае 13 века. В Книге судного дня (1086 г.), в которой записано все, что имело экономическую ценность в Англии, уголь не упоминается. Первый уголь в Лондон прибыл по морю в 1228 году из районов Файфа и Нортумберленда, где женщины и дети собирали куски, отколотые от подводных обнажений и выброшенные на берег волнами. После этого название «морской уголь» применялось ко всему битуминозному углю в Англии. Позже в том же веке монахи начали добывать породы на севере Англии.

Разработка на входе в шахту

Шахты

За исключением китайцев, которые, возможно, добывали уголь под землей, все ранние угольные пласты отрабатывались с поверхности, в полностью обнаженных обнажениях. Однако в более позднем средневековье истощение обнажений угля во многих местах вынудило перейти от наземной добычи к подземной или шахтной. Ранние шахты были не более чем колодцами, расширяемыми настолько, насколько осмеливались горняки перед лицом опасности обрушения. Шахты были прорыты на возвышенности со штольнями — почти горизонтальными туннелями — для дренажа, проложенными в склоне холма. В Англии некоторые неглубокие шахтные стволы были исчерпаны еще в 14 веке, что потребовало углубления и расширения добычи на дне стволов. Это оставались небольшие операции; запись 1684 г. показывает 70 рудников недалеко от Бристоля, на которых работало 123 рабочих. Большая глубина создала много проблем. Во-первых, воду уже нельзя было просто слить. Были разработаны грубые методы, чтобы поднять его на поверхность. Устройство с ведром и цепью сначала приводилось в движение людьми, а затем лошадьми; через трубу поднимался непрерывный пояс круглых пластин. В качестве насосов использовались ветряные мельницы. Но шахты должны были быть ограничены глубиной 9от 0 до 105 метров (от 300 до 350 футов) и радиус добычи 180 метров. Только в 1710 году проблема с водой была решена с помощью паровой атмосферной машины Томаса Ньюкомена, которая служила дешевым и надежным источником энергии для вертикального поршневого подъемного насоса.

Подъем

Еще одной проблемой было поднятие угля. Рабочая сила, управляющая лебедкой, была заменена лошадиной силой; и по мере того, как шахты становились глубже, добавлялось больше лошадей. В Уайтхейвене в 1801 году уголь был поднят на 180 метров четырьмя лошадьми со скоростью 42–44 метрических тонны (46–48 тонн) за девять часов. Внедрение парового двигателя для подъема угля стало важным поворотным моментом в отрасли. Около 1770 г. были успешно опробованы небольшие паровые лебедки. Около 1840 г. первая клеть использовалась для подъема груженого автомобиля; а с 1840 г. прогресс в методах добычи угля был быстрым.

Присутствие вредных и легковоспламеняющихся газов заставило горняков с самого начала осознать критическую важность вентиляции в угольных шахтах. Естественная вентиляция обеспечивалась ровными дренажными туннелями, проложенными по наклонной поверхности для соединения с шахтой. Поверхностные дымовые трубы над шахтой повысили эффективность вентиляции; их использование продолжалось в небольших шахтах до начала 20 века. Наиболее надежным методом до введения вентиляторов было использование топки на дне шахты или на поверхности. Несмотря на опасность пожара и взрыва, в начале 20 века все еще работало большое количество печей, по крайней мере, в негазовых шахтах.

Оформите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту.

Подписаться сейчас

Освещение открытым пламенем, однако, было гораздо более распространенной причиной взрывов до появления предохранительной лампы Дэви (около 1815 г.), в которой пламя заключено в двойной слой проволочной сетки, предотвращающий возгорание. горючих газов в воздухе шахты. Однако присутствие сильных воздушных потоков делало даже лампу Дэви небезопасной.

Ротационные вентиляторы появились в шахтах в 18 веке. Первоначально сделанные из дерева и приводившиеся в движение паром, они совершенствовались на протяжении 19 века.го и 20-го веков за счет внедрения стальных лопастей, электроэнергии и аэродинамически эффективных форм лопастей.

От ручной до механизированной добычи

Обычная добыча

Первые европейские горняки выбивали уголь из пласта или отламывали его киркой. После введения взрывчатых веществ приходилось подрезать угольный пласт ручными инструментами. Появление пара, сжатого воздуха и электричества облегчило эту тяжелую и опасную работу. В 1868 году, после почти 100 лет проб и ошибок, в Англии был представлен коммерчески успешный резак с вращающимся колесом для подрезки угольного пласта. Этот первый режущий инструмент с механическим приводом вскоре был усовершенствован за счет использования сжатого воздуха в качестве источника энергии вместо пара. Позже стали использовать электричество. Фреза для длинных забоев была представлена ​​в 189 г.1. Первоначально приводимый в действие сжатым воздухом, а затем электрифицированный, он мог начинаться на одном конце длинного забоя (вертикальное открытое поперечное сечение угольного пласта) и непрерывно переходить к другому.

Развитие непрерывной добычи

Узнайте о проблемах, с которыми столкнулись шахтеры, и об изменениях в отрасли в период с 1917 по 2017 год

Просмотреть все видео к этой статье

Традиционные методы добычи, описанные выше, состоят из циклических операций резки, бурения , взрывные и погрузочные, разработанные в связи с камерно-столбовой горной выработкой. Старейший из основных подземных методов, камерно-столбовая добыча естественным образом возникла из-за необходимости добывать больше угля по мере того, как горные работы становились глубже и дороже. В конце 1940-х годов традиционные методы стали заменяться одиночными машинами, известными как комбайны непрерывного действия, которые откалывали уголь от пласта и возвращали его обратно в систему откатки. Joy Ripper (1948 г.) был первым комбайном непрерывного действия, применимым для камерно-столбового метода.

Истоки разработки длинными забоями

Другой основной метод современной разработки, разработка длинными забоями, был введен еще в 17 веке и нашел широкое применение к 19 веку, но долгое время был менее производительным, чем камерно- столбовая добыча. Это начало меняться в 1940-х годов, когда немец Вильгельм Лёббе разработал непрерывную систему с использованием «плуга». Плуг, протянутый по забою угля и направляемый трубой на лицевой стороне сегментированного конвейера, вырезал бороздку на дне пласта. Конвейер змеился по забою за наступающим плугом, чтобы поймать уголь, отколовшийся над щелью. Существенно сократив трудозатраты на угольном забое (за исключением тех, которые необходимы для установки крепи), система Леббе быстро стала популярной в Германии, Франции и Нидерландах.

Сам по себе плуг имел ограниченное применение в британских шахтах, но усовершенствованный сегментный конвейер стал там основной частью оборудования, и в 1952 году была представлена ​​простая машина непрерывного действия, называемая комбайном. Очистной комбайн, протянутый вдоль забоя вдоль конвейера, имел ряд дисков, снабженных зубьями по периметру и установленных на валу перпендикулярно забою. Вращающиеся диски отрезали кусок от угольного забоя, когда машина тянулась вперед, а плуг за машиной убирал уголь, упавший между забоем и конвейером.

Крепость

Техника крепления кровли с помощью анкерной крепи стала широко распространена в конце 1940-х годов и во многом способствовала созданию беспрепятственной рабочей зоны для камерно-столбовой разработки, но это была трудоемкая и медленная операция, которая препятствовала разработке длинными забоями от реализации своего потенциала. Однако в конце 1950-х годов британцы представили самодвижущиеся крепи с механическим приводом. По отдельности или в группах эти крепи, прикрепленные к конвейеру, могли гидравлически опускаться, выдвигаться и переустанавливаться на кровлю, обеспечивая тем самым свободную от опор зону для оборудования (между угольным забоем и первым рядом домкратов) и навесом. проход для горняков (между первым и вторым рядом домкратов).

Ручной труд в электрическую энергию

В первых шахтах уголь грузили в корзины, которые несли на спинах мужчины или женщины, или грузили на деревянные сани или трамваи, которые затем толкали или тащили по основной вывозной штреке к нижняя часть шахты должна быть подвешена на подъемных канатах или цепях. В штольнях и откосах уголь вывозился непосредственно на поверхность этими и подобными способами. Сани тянули сначала мужчины, а затем животные, в том числе мулы, лошади, волы и даже собаки и козы.

Паровозы, разработанные Ричардом Тревитиком, использовались на полях Южного Уэльса и Тайна, а затем в Пенсильвании и Западной Вирджинии, но они создавали слишком много дыма. Пневматические локомотивы, появившиеся в 1880-х годах, оказались дорогими в эксплуатации. Электровозы, представленные в 1887 году, быстро стали популярными, но мулы и лошади все еще работали на некоторых шахтах даже в 1940-х годах.

Механизированная погрузка

Ручная погрузка битого угля в вагоны устарела в начале 20 века благодаря мобильным погрузчикам. Stanley Header, первая углепогрузочная машина, использовавшаяся в Соединенных Штатах, была разработана в Англии и испытана в Колорадо в 1888 году.14. Используя принцип собирающего рычага, машина Joy послужила образцом для будущих успешных мобильных погрузчиков. После появления в 1938 году челночных вагонов с электроприводом на резиновых колесах, предназначенных для перевозки угля от погрузочной машины к элеватору, мобильные погрузочно-разгрузочные работы быстро вытеснили гусеничные перевозки в забое камерно-столбовых шахт.

В 1924 году ленточный конвейер успешно использовался на антрацитовом руднике в центральной Пенсильвании для транспортировки угля от группы комнатных конвейеров к колонне вагонов у входа в шахту.