Что такое открытый и закрытый способ добычи угля

Два способа добычи угля – открытый и подземный

Автор перевода: Голубев Филипп

Это не полная версия статьи, полную версию в оригинале вы можете прочитать на сайте (стр. 7–11): http://www.worldcoal.org/coal/coal-mining/ статья находиться во вкладке Documents

Выбор метода добычи в значительной степени определяется геологией угольных месторождений. На подземные горные работы в настоящее время приходится около 60% мировой добычи угля, хотя в некоторых важных угледобывающих странах открытые горные работы являются более распространенными. Поверхностная добыча составляет около 80% производства в Австралии, в то время как в США она используется для около 67% производства.

Подземная разработка месторождений.

Камерно-столбовые лавы для добычи полезных ископаемых. В камере, угольного месторождения, ПИ добывается путем разрезания сети номеров в угольном пласте и оставив позади столб угля поддерживают вышележащие породы. Эти колонны могут составлять до 40% от общего объема угля в пласте, хотя этот уголь может иногда быть вынят на более позднем этапе. Это может быть достигнуто в том случае, когда, отступление горных, где уголь добывается из столпов, и вместе с тем удаление на безопасное расстояние работников позволяют проводить полное обрушение.

Рисунок 1 – Работа комбайна в лаве

Добыча лавы включает в себя полное извлечение угля из разреза или лавы с использованием механических комбайнов. Грудь забоя требует тщательного планирования, чтобы обеспечить благоприятные геологические условия во всем разделе перед развитие начальных работ. Лава может варьироваться по длине от 100–350 м. Комплекс Selfadvancing с гидравлическим двигателем поддерживает кровлю в то время как уголь добывается. Когда уголь был добыт из района, на кровля обрушается. Более 75% угля на месторождении может быть извлечено из панелей, длинна которых может составлять до 3 километров. Основным преимуществом камерно-столбового. способа добычи является то, что он позволяет начинать осуществлять добычу угля гораздо быстрее, благодаря использованию мобильной техники, которая стоит около 5 млн. долларов ( горные машины для лав могут стоить 50 млн. долларов). Выбор горной техники конкретного участка производится на основе экономических соображений; различия условий даже в пределах одной шахты могут изменить эффективность использования методов.

Поверхностные горные работы

Добыча открытым способом – это экономически выгодный способ добычи когда угольный пласт находится вблизи поверхности. Этот метод целесообразен высокой долей добычи угля, большей чем при подземной добыче. Как и во всех разрезах эксплуатируется – 90% или более угля. Большие разрезы могут занимать площадь много квадратных километров и использовать очень большое оборудование, в том числе: экскаваторы, которые снимают вскрышные породы, мощные лопаты, большие грузовики, которые транспортируют вскрышные пород и уголь, колесные экскаваторы, и конвейеры. При вскрыше пород почвы – в первую очередь производиться врывание, далее порода удаляется экскаватором или лопатой в грузовик. После того, как появляется возможность добычи угля из угольных пластов, начинают добычу угля полосами. Затем уголь грузят на большие грузовики или конвейеры для транспортировки его к обогатительной фабрике или прямо к месту, где он будет использоваться.

Подготовка угля

Рисунок 1 – Обогатительная станция

Перевозки угля

Понятно, что уголь транспортируется туда, где он будет использоваться, но способ его транспортировки от зависит от расстояния до места использования. Уголь, как правило, перевозится конвейером или грузовиком на короткие расстояния. Поезда и баржи используются для больших расстояний в пределах внутренних рынков, или же уголь можно смешивать с водой образовывать угольную суспензию и транспортировать по трубопроводу.

Источник

География

План урока:

Наша страна входит в 10-ку лидеров среди стран, которые занимаются добычей и переработкой угля. На её территории содержится 3-я часть мировых запасов угля и 5-я разведанных природных ресурсов – 193,3 млрд. тонн. Из них 101,2 млрд. тонн – бурый уголь, 85,3 млрд. тонн – каменный уголь и 6,8 млрд. тонн составляют антрациты. Существующих запасов при текущем уровне производства должно хватить по подсчетам минимум на 550 лет.

Какие есть способы добычи угля?

Выбор способа добычи бурого или каменного угля зависит от того, на какой глубине расположены залежи. Есть 2 способа добычи угля. Если глубина составляет меньше 100 метров, то работы ведутся открытым способом, он более дешевый. Но если уголь залегает на глубине больше 100 м, то нужно прибегнуть к добыче с помощью шахт.

Открытый способ

По сравнению с подземным открытый способ в разы дешевле и безопаснее. Открытая или карьерная разработка делится на несколько видов:

В зависимости от сложности рельефа и расположения залежей определяется подходящий вид. Для добычи в карьере применяются бульдозеры, экскаваторы и т.д. У габаритных экскаваторов ковш имеет гигантские размеры и благодаря этому он может с легкостью за короткий промежуток времени максимально качественно убрать горный слой породы. После снятия горного слоя в ход идут роторные экскаваторы, высота которых не уступает высоте 13-этажного дома.

Закрытый способ (шахтный)

Создаются наклонные и вертикальные шахты, их глубина колеблется от нескольких сотен метров и, бывает, доходит до одного километра и более. Но также должно учитывается то, что от глубины шахт напрямую будет зависеть качество добываемого ископаемого.

Классификация шахт зависит от объема добычи ресурсов. От 300 до 600 тыс. тонн в год добывают мелкие шахты. От 900 тыс. тонн до 1,5 млн. тонн в год – средние и от 2 млн. тонн в год – крупные. Также существуют шахты-гиганты, которые добывают до 10 млн. тонн в год. Раньше в шахтах использовали кирку (ручной ударный инструмент, смотрите фото ниже) и лопаты, на сегодняшний момент это заменили разными видами комбайнов и отбойных молотков.

Запасы и добыча

Программа развития угольной промышленности России прописана на несколько десятилетий. Данная отрасль стремительно развивается. На производственных площадках используются разные способы добычи угля. Наибольшими запасами полезных ископаемых обладают такие регионы: Кемерово, Республика Коми, Красноярский край, Якутия, Сахалин и пр.

Кемеровская область

Одним из наиболее развитых регионов по добыче угля в России считается Кемеровская область. Она занимает топовые позиции среди других территорий России, 58% от общего количества угля добывается здесь. Важно отметить, что 66% полезных ископаемых в этом регионе добывают карьерным (открытым) способом. Общие запасы «черного» топлива составляют 635 млрд. т. На территории Кузбасса находится Кузнецкий угольный бассейн. Он является наиболее богатым арсеналом угля в мире.

Уголь, добытый в Кузнецком бассейне, идет на экспорт в более чем 63 страны. Главные покупатели – Турция, Нидерланды. Также полезные ископаемые из Кемеровской области импортируют Южная Корея и Япония.

Красноярский край

Антрациты – это лучший сорт угля, который характеризуется высокой плотностью и теплопроводностью. Камни насыщенного черного цвета с металлическим блеском содержат до 98% связанного углерода. Главное преимущество антрацита – высокая теплоотдача, горит уголь без пламени и дыма.

В бассейнах Красноярского края располагаются залежи угля, которые можно добывать открытым способом. Эти залежи охватывают 60 тис. км. кв. В регионе функционируют крупные и средние предприятия, которые и занимаются добычей полезных ископаемых. Оборудованы шахты, карьеры. В работе используется спецтехника, работают люди. Угольная промышленность в Красноярском крае активно развивается.

Якутия

В Якутии тоже есть немалые запасы каменного угля, добыча осуществляется преимущественно открытым способом – в карьерах. Полезные ископаемые в этом регионе сосредоточены в 4-х бассейнах, а именно в Южно-Якутском, Ленском, Зырянском, Тунгусском. Здесь располагаются крупные предприятия угольной и угольно-химической промышленности.

Именно в Якутии сосредоточены крупнейшие запасы угля. Балансовые залежи составляют примерно 14 млрд.т.

Сахалин

В Сахалинской области залежи располагаются на острове Сахалин. Именно на этой территории находится около 35% от общего числа разведанных запасов угля страны. Кроме того, в регионе локализируется 10% балансовых запасов. Более 55,5% составляет бурый уголь. У Сахалинских месторождений отличное географические положение. Они близки к Японскому и Охотскому морям и наличие множества портов облегчает ситуацию с транспортировкой угля. В этом регионе запасы составляют около 47,8 млрд.т.

Республика Коми

Рассматривая вопрос запасов угля в России, нельзя не упомянуть Республику Коми. На её территории находится известный Печорский угольный бассейн. По объему запасов полезных ископаемых этот бассейн занимает второе место после Кузнецкого. Добыча угля в этих месторождениях ведется подземным шахтным способом.

В месторождениях Республики Коми залегают разные виды угля:

Самый молодой – бурый уголь. Это материал коричнево-черного цвета, который содержит около 40% золы. При сгорании выдаёт 4500 ккал/кг тепловой энергии. Также в его состав входит сера, вода, летучие вещества. В результате сгорания бурого угля образуется порошок. Более ценным, как по свойствам, так и по цене, является каменный уголь. Черный материал с матовой поверхностью содержит до 92% углерода. Теплота его сгорания 5700 ккал/кг. Самым лучшим по характеристикам считается антрацит. При сгорании он выдает теплоту 8100 – 8750 ккал/кг, а процентное содержание углерода – до 98%. От содержания углерода в структуре угля зависят свойства материала. Чем выше процент, тем ценнее сырье.

Сфера применения угля и его значение

Какое значение имеет уголь? Место России по углю – в десятке мировых лидеров. Полезные ископаемые применяются, как в качестве топлива, так и в прочих отраслях. Их используют в сельскохозяйственной сфере, в фармацевтической и химической промышленности. Примеров использования угля множество.

Отопление

Довольно часто каменный уголь и продукты его переработки используются для отопления. На них функционируют отопительные системы. Применяют уголь для печного отопления промышленных, котельных и частных домов.

Получение жидкого топлива

При использовании каменного угля остается много продуктов горения. И это подтолкнуло предпринимателей к созданию жидкого топлива. Существует два способа: гидрогенизация, газификация.

В результате переработки угля получают:

Стоимость угля

Стоимость угля на мировом рынке формируется на основании естественных и производственных факторов. К естественным показателям относят физико-химические и механические свойства полезных ископаемых. К стоимости каменного угля за тонну прибавляют стоимость перевозки. Ниже поданы цены на угольную продукцию разных марок России в 2020 году.

Антрацит АКО (Антрацит крупный орех):

Уголь ДОМ (Длиннопламенный):

Уголь ССПК (Слабоспекающийся плитный крупный):

Уголь ТПК (Тощий плитный крупный):

Уголь ДПК (Длиннопламенный плитный уголь) (Сибирь, Кузбасс):

Цены на продукцию регулирует министерство угольной промышленности страны.

В отрасли работает сотни предприятий и организаций. В своей деятельности они должны придерживаться правил и требований, прописанных в нормативных документах.

Воздействие угольной промышленности на окружающую среду

Активные роботы по добыче угля пагубно влияют на окружающую среду. Исходя из таких выводов, необходимо найти способы снижения загрязнения и применения альтернативных источников энергии, чтобы повысить безопасность угольной промышленности.

Считается, что около 50% шахт, в которых добывают уголь, являются взрывоопасными. Существует риск самовозгорания угля. Угольная промышленность несет в себе опасность для здоровья и жизни рабочих. Взрывы метана, изношенность оборудования, дефицит высококвалифицированных специалистов приводит к возникновению серьёзных аварий.

Перспективы развития угольной промышленности

Страны постепенно отказываются от добычи и использования каменного угля в пользу альтернативных источников энергии. Из-за этого в мире снижается спрос на уголь.

Россия является одной из крупнейших стран, которая экспортирует уголь. Из-за снижения спроса на этот ресурс его стоимость заметно падает, а вот затраты на транспортировку выросли. Но отказываться от угля нет смысла, он популярен на внутреннем рынке. В некоторых регионах страны уголь является единственным доступным видом топлива. Конечно, снижение спроса на «черное» топливо негативно повлияет на работу угольных предприятий, однако, с уменьшением конкуренции на рынке угля, можно предположить, что увеличится стоимость топлива.

Для развития угольной промышленности нужно снизить аварийность и уровень травматизма на предприятиях. Для защиты рабочих в обязательном порядке должна применяться дегазация в шахтах. Повышение квалификации персонала – один из немаловажных способов развития промышленности и повышения ее конкурентоспособности. Также целесообразно осваивать новые месторождения залежей угля. Это может способствовать снижению транспортных затрат и продвижению топлива на внешних рынках.

Угольная промышленность России обладает всеми возможностями, чтобы стать современной отраслью производства и представлять свою продукцию на мировых рынках. Для реализации этого замысла в стране есть все необходимое: большие запасы угля, финансовые возможности, опыт, квалифицированные специалисты и разнообразие видов угольной продукции.

Источник

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».

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:

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.

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

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.

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.

Источник