Как добывают уголь в шахтах и какой из способов самый приемлемый

Тяжелый труд шахтера, или как добывают уголь

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.

Где ведется добыча

Самые крупные страны, добывающие каменный уголь – КНР, США, Индия. Россия занимает 6 место в мировом рейтинге по его добыче, хотя по запасам входит в тройку лидеров.

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.

Как добывают каменный уголь

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:

  • шахтный;
  • разработки в угольном карьере;
  • гидравлический.

Кроме того, существует добыча угля открытым способом, при условии что угольный пласт залегает на глубине не более ста метров. Но данный способ по форме очень схож с карьерными угольными разработками.

Шахтный способ

Этот метод применяется при добыче угля с больших глубин и имеет неоспоримое преимущество перед открытыми методами углевыработки: уголь на большой глубине более качественный и практически не содержит примесей.

Для доступа к угольным пластам бурят горизонтальные или вертикальные туннели (штольни и шахты). Известны случаи угольных разработок на глубине до 1500 метров (шахты «Гвардейская», «Шахтерская-Глубокая»).

Подземную добычу угля относят к одной из самых сложных специализаций ввиду ряда опасностей:

  1. Постоянная угроза прорыва подземных вод в шахтный ствол.
  2. Постоянная угроза прорыва сопутствующих газов в шахтный ствол. Кроме возможного удушья, особая опасность – взрывы и пожары.
  3. Несчастные случаи в связи с высокой температурой на больших глубинах (до 60 градусов), неосторожным обращением с оборудованием и т.д.

Данным способом из земных недр извлекают примерно 36 % мировых запасов угля, что составляет 2625,7 млн т.

Открытый способ

Разработки по добыче угля в угольном карьере относятся по своей классификации к открытому способу добычи угля, поскольку не требуют бурения шахт и штолен на большую глубину.

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.

Существенным минусом данного способа считается нанесение большого вредя окружающей среде вследствие снятия большой площади земельного слоя и сопутствующих ему природных элементов.

Открытый способ добычи угля считается одним из самых распространенных в мире – с его помощью добывается более 55% угля в год, что составляет 4102,1 млн т.

Гидравлический способ

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.

К минусам данного способа добычи угля относят следующие:

  • постоянный контакт рабочих инструментов и механизмов с водой и горной породой;
  • определенные трудности при замене или починке рабочего оборудования;
  • зависимость процесса добычи угля от толщины, угла наклона и твердости горной породы.

Данным способом ежегодно добывается примерно 7,5 % угля, что составляет 545,5 млн т.

Современные способы добычи угля, экскурс в историю

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?

История добычи черного золота в мире

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».

Читать еще:  Казань: будет ли улучшена экологическая обстановка «третьей столицы россии» к чемпионату мира?

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.

В дальнейшем ученые определили, что уголь имеет растительное происхождение, даже удалось установить, какие именно породы деревьев превалируют в том или ином пласте ископаемого.

Некоторые ученые склонны считать, что топливное ископаемое образовалось в результате потопа (прототипа библейскому), из-за которого множество растений были погребенные под слоями осадочных пород.

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.

Как происходит добыча угля на современных шахтах

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.

Основные способы добычи угля

В более развитых странах эта проблема не столь выражена. Разработка месторождений ведется с помощью специализированной техники, в некоторых процессах человек даже не принимает участия.

Сейчас широкое применение получили 3 вида добычи угля:

  • Карьерный или разрезной;
  • Шахтный;
  • Гидравлический.

Их использование зависит от глубины залегания пласта полезного ископаемого, твердости породы и доступности.

Сравнительная таблица способов добычи угля.

Открытый способ добычи угля: за и против

Под данным Росстата, в период с 2000 по 2015 год объёмы добычи угля открытым способом увеличились более чем на 100 млн т в год – с 167,5 до 269 млн т.

В Минэнерго сообщают, что по состоянию на январь 2019 года в России действует 57 угольных шахты и 109 разрезов – почти в два раза больше.

Очевидно, что добыча угля открытым способом имеет гораздо большую популярность, чем подземным способом. Причём в будущем разрезы планируют открывать и дальше – главным образом, на территории Кузбасса.

Как извлекается уголь в разрезах и почему открытый способ добычи так распространён?

Процесс угледобычи

К открытому способу добычи прибегают в том случае, если уголь залегает на небольших глубинах. Такие месторождения называются разрезами — и вовсе неслучайно: они имеют вид длинных углублений ступенчатой формы.

Непосредственно процесс добычи сводится к простой схеме. В чистом виде угля нет, он извлекается из горной породы, сосредоточенной в верхних слоях земли.

Читать еще:  Как выбрать биотуалет и какие виды существуют

В зависимости от количества вредных примесей горняки получают бурый, каменный уголь или антрацит. Каждый вид угля обладает своими характеристиками.

Так называемое «вскрытие» месторождения начинается с вскрышных работ – удаления пустой породы, которая покрывает угольные пласты. Этот процесс проводится двумя способами: с помощью взрывов или же механического рыхления.

Затем горняки с помощью мощных землеройных машин снимают слои пустой породы: на грунт опускают ковш экскаватора (или другой техники – машины выбирают в зависимости от рельефа и почвы), с помощью рычага управления «вгрызаются» в него и заполняют вскрышей.

Горная масса за ненадобностью высыпается в сторону, а уголь, залегающий под ней, вынимается.

Очень важный момент: отработка угольных пластов ведётся в чёткой последовательности, к выемке нижнего слоя породы можно приступать спустя определённое время после выемки верхнего слоя.

Огромное количество вскрыши постепенно увеличивает выработанное пространство разреза, поэтому её транспортируют за пределы разреза, на специальные отвалы. А извлечённый уголь отправляется на склад или на горно-обогатительный комбинат.

После отработки на месте разреза нужно обязательно провести рекультивационные работы: отвалы с пустой породой обычно разравнивают и засыпают плодородным слоем почвы.

Предприятия в плюсе

Открытый способ добычи угля получил большое распространение благодаря своим преимуществам перед подземной добычей в шахтах.

Во-первых, работать на разрезе удобней и гораздо безопасней, нежели под землёй. Работники извлекают уголь в более комфортных условиях – на поверхности меньше вредных газов, есть естественное освещение.

И, конечно, риск смертельных случаев на поверхности намного ниже, чем под землёй.

Во-вторых, при данном способе очень высокая производительность труда – за счёт более свободной рабочей зоны и возможности использования сверхмощной техники.

Из пластов разреза осуществляется более полная выемка угля – потери полезного ископаемого примерно в 3 раза меньше, которые в подземных условиях происходят нередко.

В-третьих, высокая скорость строительства разреза, которая к тому же требует гораздо меньших затрат (примерно в 1,5 раза). Также меньше времени нужно на освоение проектной и производственной мощности месторождения.

И в-четвёртых, из-за низких затрат на строительство экономическая эффективность добычи на разрезе почти в 3 раза выше.

Перечисленные достоинства открытого способа позволяют предприятию извлекать уголь с более низкой себестоимостью.

«Нюансы» экологии

Очевидно, что экономическая эффективность добычи угля открытым способом омрачается некоторыми недостатками. По-настоящему глобальной проблемой стало негативное воздействие на окружающую среду.

Разрезы наносят серьёзный ущерб экологии: во время добычи и транспортировки угля в воздух попадает масса пыли и золы. Сильно загрязняют атмосферу буровзрывные работы, погрузочно-разгрузочные работы, дымящиеся породные отвалы и открытые угольные склады.

Вскрышные породы, оставшиеся после отработки месторождения, занимают огромные земельные площади – разрушенные и тем самым непригодные для хозяйственной деятельности. На территории бывших разрезов то и дело наблюдается повышение эрозии почв, образование воронок и прочее.

Стоит отметить, что загрязнение почвы и воды при добыче открытым способом носит постоянный характер: выбросы никуда не исчезают, а хранятся долгие годы. В том числе это касается выбросов пыли в воздух – она оседает в грунтах.

Ещё один неблагоприятный фактор: большое количество машин постоянно перевозит пустую породу, загрязняя пылью всё новые территории, попутно производя массу выхлопных газов.

Разрезам — быть?

Недостатки открытого способа добычи угля до сих пор перекрывают их преимущества, несмотря на экологическую проблему, которая в последнее время стоит весьма остро.

Самая сложная ситуация сейчас в центре угледобычи — Кузбассе, где не угасает довольно жёсткий конфликт между местным населением и угольными предприятиями.

Тем не менее, высокая производительность, экономическая эффективность и безопасность держат немалую толику угольных предприятий на плаву.

Сейчас создаются различные программы по снижению выбросов, ужесточаются правила перевозки угля, на месторождениях внедряются более экологичные решения.

Продолжение добычи на угольных разрезах и открытие новых говорит лишь о том, что открытый способ добычи будет востребованным ещё очень долгое время.

Более того, в целом у угольной промышленности России есть будущее, несмотря на мировой бум альтернативной энергетики.

Как добывают уголь?

Угольное топливо человек использует с древних времён. Его горючесть и теплоотдача, длительность сохранения тепла в очаге стали спасением людей в холодные периоды, которые циклично сменяли друг друга на нашей планете. Уголь активно используется и в нынешние времена, в топливно-энергетическом комплексе он состоит в первой тройке сырья наряду с нефтью и газом.

Как образовывались угольные залежи?

Образовались угольные залежи на местах огромных зелёных массивов. Это древняя органика, которая осталась после гибели древесных насаждений. Для того, чтобы погибшие растения стали углём необходимы определённые условия: древесные остатки не должны сгнить под воздействием бактерий. Это возможно только при попадании их под болотную воду, а затем под землю, куда не поступает кислород. Уголь считается полезным ископаемым, добываемым из пластов горных пород, залегающих на различной глубине.

Как находят и разрабатывают угольные месторождения?

Места, где есть уголь, на планете уже давно разведаны. Его запасы в разных странах огромные, их хватит для нужд отопления и промышленности почти на три века. Но по оценкам геологов, их может быть больше, поскольку не во всех частях света проводились глубинные геолого-поисковые работы на предмет наличия угольного топлива. Разработка угольных месторождений актуальна и приносит ощутимый доход государствам, которые занимаются добычей этого твёрдого чёрного золота. Процесс разработки залежей ведётся в зависимости от рельефа местности и глубины залегания угольных пластов.

Читать еще:  Как приготовить мешанку для цыплят бройлеров и несушек?

Открыты способ

Открыты способ — это угольные разрезы которые, как правило, имеют огромные размеры и внушительную глубину. Процесс представляет собой вскрытие верхних слоёв земной коры, под которыми находится угольная залежь. Снимается крыша с помощью драглайнов — экскаваторов большой мощности. На открывшемся срезе начинают работать роторные экскаваторы, которые извлекают полезные ископаемые с помощью ковшей. Затем идёт погрузка в вагоны или грузовики.

Подземная добыча

Подземная добыча — это устройство шахт, ведущих в огромные угольные бассейны. Они имеют множество разветвлений, бывают многоярусными. Эффективность таких выработок намного выше, чем на разрезах, уголь добывается более качественный, потому что в нём меньше примесей. Но такой метод является опасным, поскольку возможны выходы газа, подтопления, обвалы.

Гидравлический способ добычи угля

Гидравлический способ разработки угольных месторождений считается самым современным. Его стали применять сравнительно недавно в 30 годы прошлого века. Но он оптимально заменяет опасный труд шахтёров, поскольку уголь наверх из забоя подаётся с помощью водного потока под давлением. Для этого используется специальное оборудование — гидромониторы и насосы. Струя воды и откалывает уголь, и транспортирует его по системе труб или желобов в штреках. При этом используются грунтовые воды, что экономит средства, затрачиваемые на процесс добычи.

Самым экономичным способом считается открытая добыча, дорогостоящим — шахтный метод, среднезатратной разработкой и перспективной для будущего специалисты называют гидравлическую технологию.

Разновидности угля

Превращение древесных отложений в уголь проходит две стадии. Сначала образуется торф, а из него — уголь. Углефикация — это отвердение торфа на дне болот под воздействием высоких температур давления и длительного временного периода. Становясь полезным ископаемым угольные породы вбирают в себя газы, влагу, углерод. В зависимости от возраста (степени углефикации) и содержащихся компонентов уголь бывает разных видов.

Лигнит (бурый уголь)

Лигнит (бурый уголь) — первой степени углефикации — от бурого до чёрного цвета, волокнистый, хорошо горит в промышленных печах, но для отопления домов малопригоден; каменные угли (суббитуминозные и битуминозные) с маловолокнистой структурой, высокотеплотворные, применяются в энергетике и в жилищно-коммунальном хозяйстве.

Антрацит и графит

Антрацит — имеет черный смолистый цвет, самое высокое содержание углерода и высокую теплотворность, является лучшим сырьём для отопления; Графит это древесный пористый уголь.

Запасы угля в России

Россия обладает 5,5% мировых запасов угля. На нашей территории есть все его разновидности, самыми перспективными угольными бассейнами являются Кузбасс, Канско-Ачинский, Печорский, Донецкий (Ростовская область), Иркутско-Черемховский, Южно-Якутский. Начинают активно разрабатываться угольные месторождения Приморья, Забайкалья и Новосибирской области.

Шахтный (закрытый) способ добычи угля

На сегодняшний день существует два способа добычи угля — открытый (как правило, при помощи карьеров) и закрытый (посредством шахт). Добыча угля в шахте представляет собой извлечение этого полезного ископаемого из недр земли при помощи системы подземных горных выработок.

На сегодняшний день шахта для добычи угля представляет собой комплексно-механизированное предприятие, предназначенное для добычи и последующей транспортировки данного полезного ископаемого, которое оснащено различными гидрофицированными и электрофицированными машинами, а также автоматизированными системами связи и управления, что позволяет обеспечить все необходимые условия для максимально безопасного ведения работ.

В равнинной местности закрытая (шахтная) добыча угля, как правило, осуществляется при помощи вертикальных или наклонных стволов, от которых на различных этажах (горизонтах) проводятся квершлаги вплоть до угольных пластов. В гористой местности основными вскрывающими выработками являются штольни.

Современное устройство шахты по добыче угля предполагает также наличие определенных наземных сооружений: складов, дробильно-сортировочных фабрик, вентиляционных установок, надшахтных зданий и копров.

Основными работами, проводимыми в шахтах, являются: зарубка угольного пласта при помощи врубовых машин, отбойка ископаемого посредством отбойных пневматических машин, взрывчатых веществ, комбайнов или же гидравлическим способом, а также транспортировка добытого угля из лав (забоев большой протяженности) посредством контейнеров до откаточных штреков, где после, при помощи электровозов, полезное ископаемое доставляется к стволу выдачи на поверхность. В последнее время внедряется комплексная механизация добычи угля в шахте, которая основывается на использовании механизированных крепей, металлических щитов и угольных комбайнов, что позволяет перейти на дистанционное управление оборудованием.

История появления

Первые прототипы шахт появились приблизительно в седьмом тысячелетии до нашей эры, когда при добычи кремния с использованием мотыг и кирок в земле прокладывались достаточно сложные сети ходов-выработок.

К масштабной добыче угля человечество приступило в XVII-XVIII веках, и тогда сети горных выработок стали приобретать черты пространственных систем с функциональными звеньями для осуществления технологических процессов по добыче угля, близких к тем, которые применяются в современных шахтах. К началу XIX века глубины шахт в Европе достигала, в среднем, 400-600 метров, наиболее глубокой была шахта в Великобритании — 1000 метров. На сегодняшний день глубины современных угольных шахт, в среднем, достигают 1,3-1,5 километров.

Срок работы угольных шахт зависит от произведенных технико-экономических расчетов, базирующихся на степени обеспеченности недр запасом данного полезного ископаемого, производственной мощности предприятия и прочих факторах. Минимальный срок службы угольных шахт составляет 15-20 лет, средний — от 40 до 70 лет.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector