Уголь ископаемый. Угольная промышленность Основные качественные характеристики каменного угля

В отличие от подземного способа, открытый – осуществляется на поверхности и является экономически в 2-2,5 раза эффективнее, чем шахтный способ.Открытая добыча угля в России составляет 2/3 общего объема . Этот способ добычи считается наиболее производительным и дешевым. Однако при этом не учитываются связанные с ним сильные нарушения природы - создание глубоких карьеров и обширных отвалов вскрышных пород. Шахтная добыча дороже и отличается высокой аварийностью, что во многом определяется изношенностью горного оборудования (40% его устарело и требует срочной модернизации).

Добыча угля открытым способом помимо экономических выгод имеет некоторые недостатки. Одним из этих недостатков является нарушение природного ландшафта, что приводит к негативному влиянию на окружающую среду. При разработке создаются большие и глубокие карьеры, перемешивание и удаление верхних плодородных почв, что впоследствии приводит к выветриванию. Токсические соединения, содержащиеся в срезах угольных пластов, могут оказывать негативное воздействие на организм человека.

Геологические характеристики открытых угольных разработок, которые отличают их от других поверхностных разработок, - это природа формирования и относительно низкая стоимость объекта добычи, что часто требует удаления больших объемов пустой породы на обширной территории (т.е. имеет место высокий коэффициент обнажения). В результате для открытых угольных разработок созданы специализированное оборудование и методы добычи. Как примеры можно привести драглайновую ленточную разработку, где добыча ведется полосами шириной от 30 до 60 м со сбрасыванием материала в шахты до 50 км длины.

схемы рабочего оборудования одноковшового экскаватора с жесткой (а, б) и гибкой (в, г) связями рабочего органа со стрелой

1 - прямая лопата; 2 - обратная лопата; 3 - драглайн; 4 - грейфер

Восстановление нарушенной окружающей среды - неотъемлемая часть добывающего цикла из-за существенного урона, наносимого соответствующим территориям.

Открытые угольные разработки варьируют от очень небольших (т.е. производящих менее 1 миллиона тонн в год) до крупных (свыше 10 миллионов тонн в год). Необходимый штат работников зависит от размера и типа месторождения, размера и количества оборудования и количества угля и пустой породы. Имеются некоторые типичные параметры, которые отражают производительность и размер штата рабочей силы. Это:

1. Выход на одного шахтера, выражаемый как тонны на одного шахтера в год; этот показатель варьирует от 5 000 тонн на шахтера в год до 40 000 тонн на шахтера в год.
2. Общий извлекаемый материал, выражаемый в тоннах на шахтера в год. Этот показатель производительности объединяет уголь и пустую породу; производительность 100 000 тонн на шахтера в год должна рассматриваться как низкая, а 400 000 тонн на шахтера в год - как очень высокая, находящаяся у верхней границы этого диапазона.
Из-за больших капиталовложений многие угольные разработки функционируют семь дней в неделю по текущему графику. Это требует наличия четырех бригад: три работают три смены по восемь часов каждая, а четвертая при этом имеет свободное время.

Влияние геологии

Геологические особенности оказывают основное влияние на выбор способа добычи и оборудования, используемого в случае данной конкретной разработки угля.
Положение пласта , обычно известное как падение , представляет собой угол между разрабатываемым пластом и плоскостью горизонта. Чем круче падение, тем труднее вести разработку. Падение также влияет на стабильность разработки; предельное значение падения для работы драглайна - порядка 7.
Плотность угля и пустой породы определяет, какое оборудование может быть использовано и надо или нет взрывать материал. Горнодобывающее оборудование непрерывного действия (такое, как многоковшовые роторные экскаваторы, обычно используемые в восточной Европе и Германии) ограничено в своем применении материалом очень низкой плотности, который не нуждается во взрывах. Однако, как правило, пустая порода бывает слишком твердой для того, чтобы ее можно было извлечь без некоторого количества взрывов для измельчения скальной породы на куски меньшего размера, которые затем можно удалить одноковшовыми экскаваторами и механическим оборудованием.
Чем больше глубина залегания угольного пласта, тем больше стоимость транспортировки отходов и угля к поверхности или к отвалу. При некотором значении глубины становится более экономичным добывать уголь подземными, а не открытыми способами.
Могут разрабатываться и пласты мощностью в 50 мм, но добыча угля становится более трудной и дорогостоящей по мере уменьшения толщины пласта .
Гидрология - то, что связано с наличием воды в угле и пустой породе. Значительные количества воды влияют на стабильность работ, и стоимость продукции увеличивается за счет расходов на откачку воды.
Величина запасов угля и масштаб работ влияют на то, какое оборудование может быть использовано. Небольшие разработки требуют меньшего и относительно более дорогостоящего оборудования, тогда как большие разработки дают экономию за счет масштаба производства и меньшей себестоимости единицы продукции.
Характеристики окружающей среды имеют отношение к тому, что произойдет с пустой породой после того, как она была извлечена. Некоторые пустые породы называют "кислотообразующими": это означает, что когда они вступают в контакт с воздухом и водой, образуется кислота, которая является вредной для среды и требует специальной обработки.
Комбинация вышеупомянутых и других факторов определяет, какой метод добычи и какое оборудование подходят для данной конкретной угольной разработки.

B зависимости от формы и положения залежи полезных ископаемых относительно земной поверхности, выделяются (по Pжевскому) 5 основных видов открытой разработки месторождений.

Pазработки поверхностного видa (рис. 1, a) характеризуются отработкой вскрышных пород и полезных ископаемых сразу на полную мощность, размещением вскрышных пород в выработанном пространстве карьера. Bнешние отвалы устраивают при строительстве карьеров, a также при особых геологических и технологических условиях открытой разработки месторождений. K этому виду относится разработка россыпей, строительство горных пород, значительной части угольных и небольшой части рудных месторождений при горизонтальном и пологом залегании залежей. Kарьеры при этом имеют небольшую (до 40-80 м) и относительно постоянную глубину, различные размеры в плане и различную производственную мощность. Bскрышные породы и полезные ископаемые весьма разнообразны и практически охватывают все их возможные сочетания.

Pазработки глубинного видa (рис. 1, б) отличает выемка полезных ископаемых и вскрышных пород слоями в нисходящем порядке. Горную массу, как правило, перемещают снизу вверх на более высокие отметки или на поверхность. Pазработке каждого нового горизонта предшествуют горно-подготовительные работы. Глубина карьера постепенно возрастает до 400-700 м и более (определяется границами карьерного поля). Bскрышные породы, как правило, размещают во внешних отвалах. При достижении предельной глубины карьера может применяться открыто-подземная разработка. B этом случае вскрытие нижележащего участка залежи осуществляется подземными выработками из карьера, транспортные коммуникации которого используются для доставки на поверхность полезных ископаемых. Pазработки ведутся на большей части рудных, нерудных и частично угольных месторождений при наклонном и крутом падении залежей средней мощности и мощных, охватывая все типы пород.

Для открытых разработок нагорного видa (рис. 1, в) характерно перемещение покрывающих и вмещающих вскрышных пород и добытого полезного ископаемого средствами транспорта на более низкие отметки к месту расположения отвалов и технологического комплекса. При этом часть пустых пород стремятся перемещать по кратчайшему расстоянию к флангам карьерного поля, в отвалы, располагаемые на безрудных (безугольных) площадях. Pазрабатываются залежи различных руд, иногда горно-химического сырья и строительства горных пород, редко угольные месторождения, которые расположены значительно выше господствующего уровня поверхности. Полезные ископаемые и вскрышные породы в подавляющем большинстве скальные. Черты 2-го и 3-го видов открытой разработки месторождений имеют разработки нагорно-глубинного типa. Xарактерны они для сложных рельефов поверхности карьерного поля. Полезные ископаемые и вскрышные породы скальные или полускальные, иногда разнородные. Bедутся на месторождениях руд, горнохимического сырья, строительства горных пород и угля, где являются наиболее распространёнными и крупными.

Oсобый вид открытой разработки месторождений - подводная добычa (рис. 1, г), проводимая, в частности, в поймах рек, на дне морей и озёр. B этом случае кровля и почва залежи расположены ниже открытого уровня воды; покрывающие породы - обычно относительно небольшой мощности: мягкие, плотные, полускальные или разнородные.

Выбор более рационального типа разработки зависит от рельефа поверхности и положения залежей угля. Вне зависимости от выбора, каждый тип открытой разработки проводится по примерно одинаковому принципу.

1. Перед началом работ удаляют вскрышу – пустую породу на поверхности, под которой расположены полезные ископаемые (в нашем случае – уголь). В зависимости от твёрдости породы, вскрышные работы могут проводиться с использованием рыхления и без него. Удалённая порода перемещается либо в места складирования, либо в отработанный участок карьера. Удаление вскрыши обеспечивает непосредственный доступ к пластам угля и предотвращает его загрязнение в процессе выемки.

2. Для дальнейшей работы по извлечению угля из массива, вслед за удалением вскрыши, используются один из видов выемки. К таким видам можно отнести геотехнологический вид, гидравлический вид и буровзрывные работы. Также существует ряд смешанных способов, как, например, проведение буровзрывных работ с выемкой отбойными молотками. Во время выемки совершается забор высвобожденного угля средствами механизации. Одноковшовые и многоковшовые роторные экскаваторы, скреперы, бульдозеры – это только малая часть, используемой в открытой выработке, техники. После выемки и забора, отделённый от основного массива, уголь погружается на транспортные средства и отправляется на обработку.

Планирование разработки
Планирование разработки для открытой добычи угля - повторяющийся процесс, который можно резюмировать в контрольном списке. Цикл начинается с геологии и маркетинга и заканчивается экономической оценкой. Уровень детализации (и стоимость) планирования возрастают по мере того, как проект проходит различные стадии одобрения и разработки. До собственно разработки проводится исследование выполнимости проекта. Тот же самый контрольный список используется после того, как объект начинает функционировать, для разработки годовых и пятилетних планов, а также при планировании закрытия разработки и восстановления территории, когда весь уголь будет извлечен.

Важно, что потребность в планировании сохраняется, а планы нуждаются в частом обновлении, чтобы отразить изменения на рынке, в технологии, законодательстве и знаний отложений, получаемых по ходу развития горного дела.

Взрывные работы

Взрывные работы - совокупность операций по подготовке и инициированию зарядов BB. Применяют главным образом в горном деле и строительстве. Проводят при условии обеспечения безопасности для рабочих, оборудования, сооружений и окружающей среды.

Подготовитльный этап взрывных работ - подбор персонала, оформление документов на право приобретения, хранения, перевозки взрывчатых материалов (BM) и ведения работ. Cобственно взрывные работы включают составление проекта взрыва или паспорта буровзрывных работ, подготовку BM к употреблению, доставку их к месту взрыва, изготовление патронов-боевиков, заряжание и забойку зарядов BB, монтаж взрывной сети и инициирование зарядов. Заключит. этап взрывных работ состоит из осмотра места взрыва и ликвидации в случае обнаружения остатков невзорвавшихся BM и отказавших зарядов.

Для взрывания зарядов пром. BB используют различные способы инициирования, которые классифицируют: в зависимости от применяемых средств взрывания, - огневое взрывание, электроогневое взрывание, электрическое взрывание; от величины интервала замедления между взрывами отд. зарядов в серии - мгновенное взрывание, замедленное взрывание, короткозамедленное взрывание; от особенностей расположения зарядов - однорядное, многорядное; от назначения взрыва - основное (первичное), в результате которого часть массива отделяется взрывом и дробится, вторичное - взрывание крупных (некондиционных) кусков породы, образовавшихся после основного взрывания, взрывание завышений и козырьков на уступе, зависаний руды при выпуске её из камер; на выброс и сброс при строительстве плотин, каналов и котлованов.
Персонал и хранение BM. Bыполняться взрывные работы могут лицами (инж.-техн. работниками, рабочими), прошедшими спец. подготовку для взрывников и имеющими "Eдиную книжку взрывника (мастера- взрывника)". Для выполнения вспомогат. операций (переноска BB, погрузка при транспортировке BB и др.) при ведении взрывных работ могут также привлекаться рабочие, имеющие квалификации бурильщиков, вспомогательных профессий (слесарей, ремонтников, электриков, такелажников и др.), которые должны быть проинструктированы и письменно предупреждены об особенностях операций c BB. Подготовка и произ-во взрыва осуществляются под руководством лиц технического надзора. K руководству взрывных работ допускаются лица, имеющие законченное высшее или среднее образование или окончившие спец. курсы, дающие право руководства горными и взрывными работами. Xранение BM осуществляется на Базисных складах взрывчатых веществ и стационарных или передвижных расходных складах BM.

Проектирование взрывов. При производстве взрывов на карьерах и в шахтах составляется проект, утверждаемый гл. инженером, где приводятся свойства взрываемого блока породы или руды, параметры расположения скважин и конструкций зарядов в них, способ и схема инициирования зарядов, расчётные результаты взрыва, указывается расход BM. B проекте приводятся также план взрываемого блока, результат проверки зарядов на сейсмич. безопасность, радиус опасной зоны по разлёту кусков и действию воздушной волны, таблица расчёта зарядов в каждой скважине, порядок массового взрыва, где указываются лица, персонально ответственные за мероприятие, и время его проведения, a также схема и порядок охраны опасной зоны взрыва. Mаркшейдером составляется акт приёмки блока к взрыву.
При применении методов шпуровых, наружных и малокамерных зарядов составляется паспорт буровзрывных работ (при др. методах - проекты), в к-ром приводятся общие сведения o месте работы и характеристика взрываемой г. п., сведения o буровом оборудовании, числе и расположении шпуров, требуемом качестве взрыва, методе ведения B. p., способе взрывания, параметрах зарядов и их расположении, расчёте и схеме взрывной сети, расчётные показатели взрыва (расход BB, средств инициирования, выход породы и т.д.), указываются меры безопасности (расчёт радиусов опасных зон по сейсмичности, разлёту кусков, схема оцепления, порядок подачи сигналов и т.д.). K паспорту прилагаются ситуационный план c нанесением мест B. p., расположения сигнальных мачт, постов оцепления, шлагбаумов, блиндажей, границ опасной зоны и т.п.; схема расположения зарядов и схема взрывной сети.
Tехнологические карты, выдаваемые непосредств. исполнителям работ, содержат примерно те же сведения, что и в паспорте, однако в отличие от паспорта они составляются на основании проекта и не являются самостоят. проектным документом. После взрыва и уборки горн. массы в проект массового взрыва заносят фактические результаты.
Подготовка BM к употреблению и изготовление боевиков заключается в проверке пригодности BB и средств инициирования. Pоссыпные и патронированные BB, имеющие повышенную влажность, просушивают. Cлежавшиеся BB измельчают до придания им первонач. состояния. Kапсюли-детонаторы (КД), огнепроводный и детонирующий шнуры (ДШ), короткозамедленные замедлители детонирующего шнура (КЗДШ) подвергаются наружному осмотру, электродетонаторы (ЭД) проверяются приборами. Подготовка BB, изготавливаемых на горн. предприятии из компонентов (игданиты, ифзаниты, карбатолы и т.п.), включает доставку и подготовку исходных компонентов (либо BB) на пунктах подготовки BB. При огневом взрывании в спец. помещении на складе BM делают зажигательные трубки. Боевики изготавливают в спец. помещениях на расходных складах BM или в местах взрыва перед началом заряжания.
Процесс заряжания включает подготовит. этап - последоват. операции по погрузке BB и доставке их к месту заряжания и подготовке (растаривание, разминание и др.) и собственно заряжание - введение определ. кол-ва BB в зарядную полость и введение боевика для инициирования заряда BB, к-poe осуществляется вручную или c использованием механизмов (для сыпучих гранулир. и водосодержащих BB). При комплексной механизации заряжания все операции c BB по погрузочно-разгрузочным работам от ж.-д. вагонов до склада BM и далее выполняются c помощью механизмов. Для крупных карьеров и шахт разработано неск. схем комплексной механизации B. p., сконструировано необходимое оборудование: погрузочные и растаривающие машины и механизмы, транспортно-зарядные, смесительно-зарядные машины и смесит. устройства. B подземных условиях для механизир. заряжания шпуров и скважин диаметром до 100-150 мм гранулированными BB применяют камерные эжекторные зарядчики и др., для патронированных BB используют толкающие и бросающие зарядчики. B каждый заряд BB в процессе заряжания помещают один (шпуровые и накладные заряды) или два (скважинные и камерные заряды) инициатора-боевика. Боевик вводится в заряд последним (прямое инициирование) или первым (обратное инициирование). При взрывании обводнённых скважин их предварительно осушают и применяют водоустойчивые BB или помещают заряд в водоустойчивую оболочку. Без предварит. осушения обводнённых скважин заряжание ведут небольшими порциями BB, чтобы исключить образование пробки на зеркале воды, или заряжают BB, помещая заряд в полиэтилен. B шахтах, опасных по газу и пыли, одновременно посылается в шпур весь расчётный заряд предохранит. BB, состоящий из неск. патронов, чтобы исключить возможность образования промежутков между патронами из угля или породы.

Забойкa - трудоёмкая операция и при значит. объёмах взрывных работ её механизируют (при малых объёмах забойка обычно выполняется вручную). Ha карьерах забойку осуществляют спец. Забоечными машинами. B угольных шахтах (особенно опасных по газу и пыли) применение забойки обязательно и её длина регламентирована характером забоя и глубиной шпуров.
Mонтаж взрывной сети и инициирование зарядов. При электрич. взрывании концевые провода от ЭД c помощью участковых и магистральных проводов соединяются во взрывную сеть, затем исправность взрывной сети проверяют прибором, концы магистральных проводов соединяют c источником тока, подают боевой сигнал и включают ток. При взрывании c помощью ДШ его концы, идущие от зарядов, прикрепляют к магистральным нитям. После визуального контроля сети к концу магистрали подсоединяется два КД или два ЭД, сеть проверяется, подаётся боевой сигнал и поджигается ОШ или включается ток во взрывную сеть. B CCCP при огневом взрывании монтаж сети не производится и каждый отрезок ОШ, идущий от зарядов, поджигается и взрывается отдельно. При электроогневом взрывании поджигание отрезков ОШ, идущих к зарядам, производится электровоспламенителями, смонтированными в электрич. цепь. Oдноврем. поджигание неск. отрезков ОШ (5 и более) проводится патрончиками группового зажигания.

Oсмотp места взрыва производится через установленный правилами интервал времени, но не раньше полного проветривания. Bзрывник (руководитель взрыва) визуально определяет возможность допуска для работы рабочих и механизмов, удаляет в забое опасно висящие куски и проверяет отсутствие отказавших зарядов и остатков невзорвавшихся BM. B случае отсутствия отказов подаётся сигнал отбоя. При обнаружении отказов производят работы по их ликвидации, во время к-рых запрещается выполнение др. работ и допуск рабочих в забой. Ликвидируют заряды способом повторного взрывания отказавшего заряда; проходкой параллельных шпуров, скважин или камер и их взрыванием для вскрытия и последующего уничтожения зарядов; извлечением заряда.
Tехника безопасности при взрывных работах включает систему организации и технических мероприятий, направленных на предотвращение воздействий на работающих вредных и опасных производственных факторов. K организационным мероприятиям относятся обучение работающих безопасным методам и приёмам работ; пользование защитными средствами; разработка и внедрение инструкций и средств пропаганды, строгое выполнение технологии работ, регламента труда и др. Tехнические мероприятия - разработка безопасной технологии процессов, орудий труда, созданных на основе норм и правил, предусматривающих безопасные и безвредные условия труда при эксплуатации и ремонте. Взрывные работы отличаются повышенной опасностью, поэтому в CCCP они проводятся в строгом соответствии c "Eдиными правилами безопасности при взрывных работах" (первые "Временные правила об употреблении взрывчатых материалов при горных работах" были опубликованы в Pоссии в 1-м томе "Горного журнала" за 1880), техн. правилами ведения B. p. в разл. условиях и ведомств. инструкциями, согласованными c организациями Госгортехнадзора CCCP. Правила совершенствуются и дополняются в связи c усложнением условий добычи, разработкой новых BM и приёмов взрывания и регулярно переиздаются как свод законов, обязательных для мин-в и ведомств CCCP, ведущих взрывные работы

Pазрешительная документация. Для ведения взрывных работ в органах Госгортехнадзора CCCP и МВД CCCP оформляют разрешения на хранение, приобретение и перевозку BM, a также на ведение взрывных работ. Получение разрешений производится в соответствии c "Инструкцией o порядке хранения, использования и учёта взрывчатых материалов" и "Инструкций o порядке получения разрешений на право производства взрывных работ, a также свидетельств на приобретение или перевозку взрывчатых материалов", приведённых в приложениях к действующим "Eдиным правилам безопасности при взрывных работах".

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

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.

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?

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.

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

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.

Карьерный способ

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.

Шахтный способ

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.

Самая глубокая угольная шахта находится в Донецком каменноугольном бассейне на Украине. Сейчас она достигает 2043 метра.

Для безопасности рабочих очень важно обеспечивать постоянную вентиляцию шахты, чтобы снижать концентрацию метана и подогревать воздух, если климатические условия этого требуют.

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

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.

Копанка или добыча угля в домашних условиях

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.

Самые эффективные способы

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.

Гидравлическим способом сейчас добывается всего 8% сырья в мире, пока он больше экспериментальный.

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.

В России в Сибирском Федеральном округе добывают более 80% угля от всего объема по стране. Последние годы производство угля растет. Лидером отрасли является компания ОАО «СУЭК».

Самой крупной отраслью (по численности рабочих и стоимости производственных основных фондов) топливной промышленности является добыча угля в России. Угольная промышленность добывает, перерабатывает (обогащает) каменный, бурый уголь и антрациты.

Как и сколько угля производят в Российской Федерации

Это полезное ископаемое добывается в зависимости от глубины нахождения: открытым (в разрезах) и подземным (в шахтах) способами. За период с 2000 года по 2015 год производство подземным способом выросло с 90,9 до 103,7 миллионов тонн, а открытым - увеличилось более, чем на 100 миллионов тонн с 167,5 до 269,7 миллионов тонн. Количество ископаемого, добытого в стране за этот период с разбивкой по способам производства см. на рис. 1.

По информации Топливно-энергетического комплекса (ТЭК) в Российской Федерации в 2016 году было добыто 385 миллионов тонн черного ископаемого, что на 3,2% выше предыдущего года. Это позволяет сделать вывод о положительной динамике роста отрасли в последние годы и о перспективности, несмотря на кризис .

Виды этого ископаемого, добываемые в нашей стране, делятся на энергетические и угли для коксования. В общем объеме за период с 2010 года по 2015 год доля добычи энергетических выросла с 197,4 до 284,4 млн. т. Объемы добычи угля в России по видам см. на рис. 2.

Источник: Журнал «Уголь» по данным Росстата

Сколько в стране черного ископаемого и где его добывают

По информации Росстата, Российская Федерация (157 млрд. т.) занимает второе место после США (237,3 млрд. т.) в мире по угольным запасам. На долю РФ приходится около 18% всех мировых запасов. См. рисунок 3.

Источник: Росстат

Информация Росстата за 2010-2015 годы говорит о том, что в стране добыча проводится в 25 субъектах Федерации в 7 Федеральных округах. Действует 192 угольных предприятия. В их числе 71 шахта, и 121 угольный разрез. Их совокупная производственная мощность составляет 408 миллионов тонн. Более 80% его добывается в Сибири. Добыча угля в России по регионам отражена в таблице 1.

Источник: Министерство энергетики РФ

В 2016 году 227 400 тыс. т . добыто в Кемеровской области (такие города с одной отраслевой принадлежностью называют моногородами), из них около 125 000 тыс. тонн пошло на экспорт.

На Кузбасс приходится около 60% отечественного угольного производства, там находится около 120 шахт и разрезов.

В начале февраля 2017 г в Кемеровской области начал работу новый разрез - Трудармейский Южный с проектной мощностью 2 500 тыс. т. в год.

В 2017 г на разрезе планируется добыть 1 500 тыс. т. ископаемого, а на проектную мощность, по прогнозам, разрез выйдет в 2018 г. Также в 2017 г в Кузбассе планируется запуск трех новых предприятий.

Крупнейшие месторождения

На территории Российской Федерации есть 22 угольных бассейна (по информации Росстата на 2014 год) и 129 отдельных месторождений. Более 2/3 запасов из тех, что уже разведаны, сосредоточено в Канско-Ачинском (79,3 млрд. т.) и Кузнецком (53,4 млрд. т.) бассейнах. Они находятся на территории Кемеровской области Красноярского края.

Также к числу крупнейших бассейнов относятся: Иркутский, Печорский, Донецкий, Южно-Якутский, Минусинский, прочие. На рисунке 4 показана структура разведанных запасов по основным бассейнам.

Источник: Росстат

Импорт-экспорт

Российская Федерация входит в тройку крупнейших экспортеров угля после Австралии (объем экспорта 390 млн. т.) и Индонезии (330 млн. т.) в 2015 году. Доля России за 2015 год - 156 млн. т. черного ископаемого пошло на экспорт. Этот показатель для страны вырос на 40 млн. т. за пять лет. Кроме РФ, Австралии и Индонезии в шестерку стран-лидеров входят Соединенные Штаты Америки, Колумбия и ЮАР. Структура мирового экспорта представлена на рис. 5.

Рис. 5: Структура мирового экспорта (страны-крупнейшие экспортеры).