Как найти добычу угля

Каменный уголь – это порода органического происхождения, залегающая пластами. Интенсивная добыча этого полезного ископаемого началась в XVIII веке и достигла своего пика в 70-х годах прошлого столетия. Сейчас интерес к углю как к топливному ресурсу возрастает, совершенствуются методы выработки. При добыче полезного ископаемого начинают обращать особое внимание на защиту и охрану окружающей среды.

В этой статье мы подробно расскажем, где добывают каменный уголь и при каких условиях. Мы опишем разные методы добычи угля и их основные особенности.

Где добывают каменный уголь

Каменный уголь залегает под землей неоднородно.

В геологии для определения типа залежей используют следующие понятия:

• Угольный бассейн
• Угольное месторождение
• Угольный пласт

О том, что это и чем они отличаются друг от друга, вы можете прочитать в нашей статье на Дзене. Дальше мы коротко расскажем, как находят запасы угля и когда начинают выработку месторождений.

Поиск, разведка и оценка месторождений

Перед началом добычи угля проводится поиск, разведка и оценка месторождений. За большинство этапов отвечает геологическая служба. К работам подключаются геодезисты и технологи.

Поиск месторождений проводится по косвенным признакам. Уголь залегает только под породами осадочного происхождения. В некоторых местах на поверхности грунта встречаются обугленные остатки растений. В утесах, по берегам рек видны тонкие прожилки темной породы. Специалисты оценивают также другие признаки – характер растительности, особенности грунта и рельефа.

После того, как угольные залежи выявлены, проводится разведка. Ее цель – определить мощность, глубину залегания, расположение пластов и количество полезного ископаемого. Во время разведки также оценивают рельеф местности, чтобы спланировать разработку карьеров или шахт.

Для изучения пластов в земле роют:

• Канавы
  Метод подходит для поверхностных залежей с небольшими наносами горной породы и грунта.
• Дудки
  Это колодцы глубиной 5-10 м, которые используются при поверхностном расположении пластов с более мощными наносами породы.
• Шурф
  Это глубокий вертикальный или наклонный колодец с глубиной более 10 м.
• Штольня
  Она представляет собой горизонтальный или с легким наклоном тоннель, который соединяется с поверхностью земли.
• Квершлаг
  Это горизонтальный или наклонный колодец внутри шахты, без выхода на поверхность.
• Буровые скважины
  Они применяются для глубоких залежей, при большом количестве пластов.

В каждом пласте на разных уровнях берут пробы угля, определяют его вид и марку, петрографический состав, зольность, теплоту сгорания и другие характеристики. Подробнее о них вы можете прочитать в нашей статье Свойства угля.

Во время разведки также оценивают уровень и объем грунтовых вод, выявляют возможные залежи метана и других сопутствующих газов. После этого проводят анализ экономической эффективности, вычисляют, сколько угля можно получить из месторождения и какие затраты это понесет. Выработку начинают только при положительном балансе. Обязательно учитывают факторы экологии и безопасности рабочих.

Какие способы добычи угля бывают, вы узнаете в продолжении статьи.

Способы добычи угля

После разведки месторождения и оценки его ресурсов принимают решение о методе добычи угля. Он во многом влияет на рентабельность промышленной разработки. Чаще всего способ извлечения полезного ископаемого зависит от глубины его залегания.

Различают:

• Открытый метод
• Закрытый метод

Дальше мы коротко расскажем о каждом способе добычи угля. Детальнее о них вы сможете прочитать в отдельных статьях (ссылки на них будут ниже).

Открытый метод

Открытый способ добычи угля применяется в тех случаях, если глубина залежи не превышает 500 м. Это самый рентабельный метод. Он позволяет извлечь в 3 раза больше породы, чем при закрытом способе. Оборудование открытых карьеров обходится приблизительно в 1,5 раза дешевле, чем закрытых шахт. Пространство в этом случае не ограничено, есть возможность использовать тяжелую технику, что увеличивает производительность труда. К тому же, на поверхности работать гораздо безопаснее.

Открытая добыча угля ведется в разрезах. Над пластами угля снимают вскрышную породу, затем проводят выемку полезного ископаемого, постепенно углубляя разрез. Когда месторождение исчерпывается, карьер засыпают и проводят рекультивацию.

По разным данным, в мире от 40% до 55% разработок ведется именно таким методом. В Австралии около 80% угля добывается в открытых карьерах, в США – около 40%. В России таким способом получают более 65% продукции. Один из первых разрезов в нашей стране (Бачатский) начал разрабатываться в 1948 году на Кузбассе. В этом бассейне большая часть угля добывается открытым способом. Самый крупный на сегодняшний день – Бородинский разрез в Краснодарском крае (Тунгусский угольный бассейн).

Открытая добыча угля состоит из нескольких этапов:

1. Удаления вскрышных пород с поверхности месторождения – для этого используют тяжелую землеройную технику. Плотные породы разрыхляют взрывчатыми веществами.
2. Разрыхления угольного пласта – здесь используют глубокое бурение, взрывы.
3. Извлечения породы, погрузки на транспорт и перевозки на обогатительные заводы.

Карьер для добычи каменного угля называется разрезом. Уголь извлекают ступенями или полосами, в зависимости от рельефа местности и мощности пластов. После завершения работ вскрышные породы возвращают обратно в карьер и проводят рекультивацию земель.

Детальнее об этом методе вы можете прочитать в нашей статье Добыча угля открытым способом.

Закрытый метод

Закрытый метод добычи угля предусматривает оборудование подземных шахт и штолен. Верхний слой породы при этом остается практически нетронутым.

Его используют в следующих ситуациях:

• При залегании пластов на глубине больше 500 м
• При залегании пластов на глубине больше 100 м, когда особенности рельефа или вскрышной породы не позволяют вести открытую добычу

Штольня – это тоннель в угольной залежи, который имеет выход на поверхность. Он оборудуется, когда уголь залегает на глубине от 100 м до 600 м в горной местности. Пласты должны быть пологими или спускаться под углом не больше 45°. В штольне прокладываются рельсы для вагонеток и транспортировки угля. В них могут работать современные комбайны. Такой метод добычи полезного ископаемого сейчас применяется довольно редко.

Шахта – это сложный комплекс подземных и надземных коммуникаций. Она состоит из вертикального главного ствола, по которому транспортируется уголь. От него отходят горизонтальные или наклонные стволы вглубь угольной породы. В шахте обязательно должно быть проведено электричество, оборудована вентиляция, система откачки воды. Через многочисленные проходы прокладывают рельсы для транспортировки сырья. Оно поднимается на поверхность и складируется.

В шахте работает много техники. Пласты сейчас обрабатываются комбайнами (непрерывной выработки и уборочными). Новые стволы прокладываются с помощью врубного комбайна со сверлом. Порода сначала поступает на конвейер, потом перевозится вагонетками. Для поддержки крыши разработаны специальные платформы – стационарные и на гидравлических перемещающихся опорах.

В шахтах получают уголь из пластов, которые залегают на глубине от 500 м до 1,5 км. Самая глубокая шахта в мире находится на Донбассе, ее глубина – 1546 м.

Существует несколько методов подземной добычи:

• Каменно-столбовой
  В угольном пласте делают «комнаты», оставляя часть породы для подпора крыши. Это самый старый способ добычи, он позволяет извлечь лишь 60-70% породы.
• Лавовый (длинными или короткими забоями)
  Один из основных методов получения угля в шахтах. В пласте прокладываются длинные или короткие стволы. Специальный комбайн проходит вдоль стены, снимает пласты породы и перемещает их на транспортный конвейер. Крыша ствола поддерживается платформой, которая перемещается на гидравлических опорах.
• Взрывной
  В угольном пласте делают небольшие разрезы, помещают туда взрывчатку. После рыхления собирают и транспортируют породу. Методика довольно опасная, занимает лишь 5% от всей добычи угля закрытым способом.
• Отводный
  Метод добычи угля из столбов, которые поддерживали крышу. После этого слои покрывной породы обрушаются. Метод опасный, используется лишь в 1% случаев.
• Гидравлический
  При этом способе выемка, транспортировка и подъем угля проводится потоками воды (чаще всего из подземных водоносных горизонтов). Слой породы разрушается либо струями высокого давления, либо гидромеханическими машинами. Затем материал транспортируется по наклоненным желобам до центральной камеры гидроподъема. Оттуда масса перемещается на поверхность.
• При помощи сжатого воздуха
  Выемка угля осуществляется за счет воздушной энергии. Установка для добычи состоит из компрессора, воздухопровода, пневматического взрывного патрона и предохранителей. Воздух подается из компрессора по воздухопроводу под давлением 300-700 атмосфер. Он попадает во взрывной патрон, размещенный в шпуре (цилиндрическом отверстии в угольном пласте). Воздух расширяется, эффект напоминает взрыв, при этом нет искр, не выделяется ядовитых газов. Этот метод намного безопаснее, чем классический взрывной.
• Виброимпульсный
  В основе метода – разрушение угольного пласта низкочастотными мощными импульсами, производимыми генераторами. Он пока не получил широкого распространения и требует совершенствования.

Выбор метода зависит от глубины шахты и мощности пластов, наличия оборудования, экономических факторов.

Подробнее о них вы можете прочитать в статье Добыча угля закрытым способом.

Добыча угля – это важная часть ресурсной экономики многих стран. В этой отросли работают сотни тысяч людей – шахтеров, горных инженеров, технологов, экономистов. Способы получения продукции зависят от особенностей месторождений, залегания угольных пластов, рельефа местности. Добычу начинают только после тщательной разведки и просчета экономической выгоды. Если запасы исчерпываются, или выемка требует больших финансовых затрат, шахты закрываются.

Полную версию данной статьи вы найдете на этой странице.

Также мы рекомендуем ознакомиться с другими полезными статьями на нашем сайте.

#уголь #каменный уголь #полезные советы #добыча угля #геология #полезные ископаемые #топливо #энергетика #добыча полезных ископаемых #добыча каменного угля

Добыча каменного угля

Каменный уголь – это порода органического происхождения, залегающая пластами. Интенсивная добыча этого полезного ископаемого началась в XVIII веке и достигла своего пика в 70-х годах прошлого столетия. Сейчас интерес к углю как к топливному ресурсу возрастает, совершенствуются методы выработки. При добыче полезного ископаемого начинают обращать особое внимание на защиту и охрану окружающей среды.

В этой статье мы подробно расскажем, где добывают каменный уголь и при каких условиях. Вы узнаете, как называются угольные карьеры, в чем их отличия друг от друга. Также мы опишем разные методы добычи угля и их основные особенности.

Где добывают каменный уголь

Каменный уголь залегает под землей неоднородно.

В геологии для определения типа залежей используют следующие понятия:

• Угольный бассейн
• Угольное месторождение
• Угольный пласт

В зависимости от того, о каком типе залежей идет речь, подбирают соответствующие технологии их разработки. Давайте подробнее разберемся в терминологии.

Угольный бассейн

Угольный бассейн – это скопления каменного угля, занимающие площадь в тысячи квадратных километров. Порода в таких формациях расположена сплошными или прерывистыми участками. Накопления остатков в бассейне проходили в один и тот же геолого-исторический период. Залежи угля располагаются в пределах единой тектонической структуры (например, равнины или горного массива).

По условиям образования угольные бассейны разделяются на 2 типа:

• Лимнические
  Накопление угля в этом случае происходило внутри древнего материка, возле озер и болот. Среди лимнических бассейнов отдельно выделяют патомические, которые были образованы в поймах древних рек.
• Паралические
  Эти бассейны образовались у морского побережья, перед горными хребтами. В таких бассейнах прослойки и вскрышные породы богаты известняком.

По генетическому формированию (классификация Г.А. Иванова) или тектонической принадлежности бассейны бывают:

• Геосинклинальные (складчатые)
  Они характеризуются многочисленными прогибами и подъемами, образовались в местах, где океаническая земная кора переходит в континентальную. В таких бассейнах есть сотни тонких пластов, простирающихся на 2-10 км. Встречаются угли всех метаморфических типов.
• Платформенные
  Они образовались в пределах древних континентов и насчитывают от нескольких единиц до нескольких десятков пластов разной мощности. Простираются бассейны на десятки или сотни метров. Степень углефикации породы низкая.
• Промежуточные или переходные
  Они обладают чертами первых двух типов.

Кроме того, формирование угля в бассейнах происходило в определенные эры и периоды.

По возрасту их разделяют на:

• Палеозойские
• Мезозойские
• Кайнозойские
• Пермские
• Юрские
• Меловые
• Палеогеновые

Чем старше уголь, тем выше степень его метаморфизма. Так, в палеозойских бассейнах встречается больше антрацита, в кайнозойских – бурого угля.

Большое практическое значение также имеет тип добываемого угля.

Тут выделяют бассейны:

• Бурого угля
• Каменного угля
• Антрацита

Для планирования методов добычи важно, как расположены угольные залежи по отношению к современной поверхности земли.

По этому принципу бассейны разделяют на:

• Открытые (обнаженные)
  В таких формациях пласты выходят на поверхность земли или покрыты тонким слоем рыхлой породы.
• Закрытые
  Пласты прикрыты более молодыми породами, чаще осадочного происхождения.

Залежи угля в бассейнах бывают автохтонными и аллохтонными. Первые образовались на месте старых болот. Вторые – вследствие переноса растительных останков или самого угля на разных стадиях метаморфизма.

Угольное месторождение

Угольное месторождение – это территория с залежами угля, которая подлежит промышленной разработке. Чаще всего она является частью бассейна, хотя может быть и самостоятельной единицей. Месторождения состоят из одного или нескольких угольных пластов. Они ограничиваются разрывами залежей, вклинивания в угленосный слой других пород, особенностями рельефа, не позволяющими вести разработку.

Месторождения угля имеют свои особенности. Их классифицируют по разным принципам.

Мощность и количество пластов определяют угленосность месторождения.

По этому критерию их разделяют на:

• Однопластные
• Многопластные
• Месторождения с простыми пластами (без прослоек породы и или с одним видом угля)
• Месторождения со сложными пластами (с прослойками породы или разными видами угля)

Угленосность месторождений – один из основных критериев, по которому принимают решение по возможности разработки. Чем больше полезного ископаемого будет в пластах, тем выгоднее вкладывать деньги в его добычу.

Еще одна важная черта залежей угля – их геологическое строение.

По этому принципу месторождения разделяют на:

• Простые
• Относительно сложные
• Сложные
• Очень сложные
• Складчатые или моноклинальные

Геологическое строение играет роль при определении способа и вида добычи угля.

Как и бассейны, месторождения разделяют по виду углей на:

• Буроугольные
• Каменноугольные
• Антрацитовые

В каждом месторождении есть свои условия эксплуатации.

По этому критерию их можно разделить на такие виды:

• Для открытой добычи
• Для подземной добычи
• С нарушенными или ненарушенными пластами
• С устойчивой или неустойчивой крышей (подошвой)
• Газоносные
• Обводненные

От условий эксплуатации зависит техника и тип добычи угля, обеспечение безопасности. Если они очень сложные, ставится вопрос о целесообразности разработки месторождения.

Угольный пласт

Угольный пласт – это слой каменного угля, который залегает на определенной глубине в земле и может простираться на сотни километров в разные стороны. Снизу он ограничен почвой, а сверху – кровлей. Их еще называют боковыми породами. Почва и кровля чаще всего состоят из песка, глины, сланцев, аргиллитов, песчаников, известняка.

Пласты бывают простого и сложного строения. Простой состоит исключительно из угля. В сложном есть тонкие прослойки минеральной породы. Оба вида пластов могут иметь слоистое строение, из угля разных видов.

Угольные пласты характеризуют по:

• Мощности
• Углу падения

Мощность

Толщина прослойки может быть в пределах от нескольких сантиметров до десятков метров. Мощность бывает общей, полезной и рабочей. Общая учитывает всю толщу пласта, включая прослойки из других пород. Полезная – только часть, состоящую из угля. Рабочая – объем материала, который можно извлечь из пласта.

По мощности пласты разделяют на:

• Весьма тонкие (до 0,7 м)
• Тонкие (0,71-1,2 м)
• Средние (1,25-3,5 м)
• Мощные (больше 3,51 м)

Самые мощные пласты выявлены в китайском месторождении Фушунь (200 м), австралийском бассейне Латроб-Валли (340 м) и канадском месторождении Хат-Крик (450 м). В России и Казахстане, например, мощные залежи встречаются в Южно-Уральском бассейне (до 165 м), Экибастузском бассейне (до 160 м), Хабаровском месторождении (до 100 м). Чаще всего мощными пластами залегает бурый уголь.

Минимальная толщина пласта, пригодного для разработки, — 0,7-1 м. Только ценные марки коксующего, жирного и отощенно-спекающегося угля добывают из пластов мощностью 0,55-0,6 м.

Угол падения

Пласты не залегают параллельно поверхности земли. Они спускаются из верхних в нижние слои под определенным углом.

По этому показателю их разделяют на:

• Пологие (угол падения до 18°)
• Наклонные (19-35°)
• Крутонаклонные (36-55°)
• Крутые (56-90°)

Определение угла падения помогает правильно организовать добычу угля, спланировать строение шахты, забоя.

Вследствие тектонических процессов в земной коре пласты угля могут нарушаться. В некоторых случаях это затрудняет выработку. В толще залежи возникают разрывы, смешения, изменяется угол наклона некоторых участков, их толщина, части пластов надвигаются друг на друга, в их толщу вклиниваются осадочные горные породы.

Дальше мы коротко расскажем, как находят запасы угля и когда начинают выработку месторождений.

Поиск, разведка и оценка месторождений

Перед началом добычи угля проводится поиск, разведка и оценка месторождений. За большинство этапов отвечает геологическая служба. К работам подключаются геодезисты и технологи.

Поиск месторождений проводится по косвенным признакам. Уголь залегает только под породами осадочного происхождения. В некоторых местах на поверхности грунта встречаются обугленные остатки растений. В утесах, по берегам рек видны тонкие прожилки темной породы. Специалисты оценивают также другие признаки – характер растительности, особенности грунта и рельефа.

После того, как угольные залежи выявлены, проводится разведка. Ее цель – определить мощность, глубину залегания, расположение пластов и количество полезного ископаемого. Во время разведки также оценивают рельеф местности, чтобы спланировать разработку карьеров или шахт.

Для изучения пластов в земле роют:

• Канавы
  Метод подходит для поверхностных залежей с небольшими наносами горной породы и грунта.
• Дудки
  Это колодцы глубиной 5-10 м, которые используются при поверхностном расположении пластов с более мощными наносами породы.
• Шурф
  Это глубокий вертикальный или наклонный колодец с глубиной более 10 м.
• Штольня
  Она представляет собой горизонтальный или с легким наклоном тоннель, который соединяется с поверхностью земли.
• Квершлаг
  Это горизонтальный или наклонный колодец внутри шахты, без выхода на поверхность.
• Буровые скважины
  Они применяются для глубоких залежей, при большом количестве пластов.

В каждом пласте на разных уровнях берут пробы угля, определяют его вид и марку, петрографический состав, зольность, теплоту сгорания и другие характеристики. Подробнее о них вы можете прочитать в нашей статье Свойства угля.

Во время разведки также оценивают уровень и объем грунтовых вод, выявляют возможные залежи метана и других сопутствующих газов. После этого проводят анализ экономической эффективности, вычисляют, сколько угля можно получить из месторождения и какие затраты это понесет. Выработку начинают только при положительном балансе. Обязательно учитывают факторы экологии и безопасности рабочих.

Какие способы добычи угля бывают, вы узнаете в продолжении статьи.

Способы добычи угля

После разведки месторождения и оценки его ресурсов принимают решение о методе добычи угля. Он во многом влияет на рентабельность промышленной разработки. Чаще всего способ извлечения полезного ископаемого зависит от глубины его залегания.

Различают:

• Открытый метод
• Закрытый метод

Дальше мы коротко расскажем о каждом способе добычи угля. Детальнее о них вы сможете прочитать в отдельных статьях на нашем сайте.

Открытый метод

Открытый способ добычи угля применяется в тех случаях, если глубина залежи не превышает 500 м. Это самый рентабельный метод. Он позволяет извлечь в 3 раза больше породы, чем при закрытом способе. Оборудование открытых карьеров обходится приблизительно в 1,5 раза дешевле, чем закрытых шахт. Пространство в этом случае не ограничено, есть возможность использовать тяжелую технику, что увеличивает производительность труда. К тому же, на поверхности работать гораздо безопаснее.

Открытая добыча угля ведется в разрезах. Над пластами угля снимают вскрышную породу, затем проводят выемку полезного ископаемого, постепенно углубляя разрез. Когда месторождение исчерпывается, карьер засыпают и проводят рекультивацию.

По разным данным, в мире от 40% до 55% разработок ведется именно таким методом. В Австралии около 80% угля добывается в открытых карьерах, в США – около 40%. В России таким способом получают более 65% продукции. Один из первых разрезов в нашей стране (Бачатский) начал разрабатываться в 1948 году на Кузбассе. В этом бассейне большая часть угля добывается открытым способом. Самый крупный на сегодняшний день – Бородинский разрез в Красноярском крае (Тунгусский угольный бассейн).

Открытая добыча угля состоит из нескольких этапов:

1. Удаления вскрышных пород с поверхности месторождения – для этого используют тяжелую землеройную технику. Плотные породы разрыхляют взрывчатыми веществами.
2. Разрыхления угольного пласта – здесь используют глубокое бурение, взрывы.
3. Извлечения породы, погрузки на транспорт и перевозки на обогатительные заводы.

Карьер для добычи каменного угля называется разрезом. Уголь извлекают ступенями или полосами, в зависимости от рельефа местности и мощности пластов. После завершения работ вскрышные породы возвращают обратно в карьер и проводят рекультивацию земель.

Детальнее об этом методе вы можете прочитать в нашей статье Добыча угля открытым способом.

Закрытый метод

Закрытый метод добычи угля предусматривает оборудование подземных шахт и штолен. Верхний слой породы при этом остается практически нетронутым.

Его используют в следующих ситуациях:

• При залегании пластов на глубине больше 500 м
• При залегании пластов на глубине больше 100 м, когда особенности рельефа или вскрышной породы не позволяют вести открытую добычу

Штольня – это тоннель в угольной залежи, который имеет выход на поверхность. Он оборудуется, когда уголь залегает на глубине от 100 м до 600 м в горной местности. Пласты должны быть пологими или спускаться под углом не больше 45°. В штольне прокладываются рельсы для вагонеток и транспортировки угля. В них могут работать современные комбайны. Такой метод добычи полезного ископаемого сейчас применяется довольно редко.

Шахта – это сложный комплекс подземных и надземных коммуникаций. Она состоит из вертикального главного ствола, по которому транспортируется уголь. От него отходят горизонтальные или наклонные стволы вглубь угольной породы. В шахте обязательно должно быть проведено электричество, оборудована вентиляция, система откачки воды. Через многочисленные проходы прокладывают рельсы для транспортировки сырья. Оно поднимается на поверхность и складируется.

В шахте работает много техники. Пласты сейчас обрабатываются комбайнами (непрерывной выработки и уборочными). Новые стволы прокладываются с помощью врубного комбайна со сверлом. Порода сначала поступает на конвейер, потом перевозится вагонетками. Для поддержки крыши разработаны специальные платформы – стационарные и на гидравлических перемещающихся опорах.

В шахтах получают уголь из пластов, которые залегают на глубине от 500 м до 1,5 км. Самая глубокая шахта в мире находится на Донбассе, ее глубина – 1546 м.

Существует несколько методов подземной добычи:

• Каменно-столбовой
  В угольном пласте делают «комнаты», оставляя часть породы для подпора крыши. Это самый старый способ добычи, он позволяет извлечь лишь 60-70% породы.
• Лавовый (длинными или короткими забоями)
  Один из основных методов получения угля в шахтах. В пласте прокладываются длинные или короткие стволы. Специальный комбайн проходит вдоль стены, снимает пласты породы и перемещает их на транспортный конвейер. Крыша ствола поддерживается платформой, которая перемещается на гидравлических опорах.
• Взрывной
  В угольном пласте делают небольшие разрезы, помещают туда взрывчатку. После рыхления собирают и транспортируют породу. Методика довольно опасная, занимает лишь 5% от всей добычи угля закрытым способом.
• Отводный
  Метод добычи угля из столбов, которые поддерживали крышу. После этого слои покрывной породы обрушаются. Метод опасный, используется лишь в 1% случаев.
• Гидравлический
  При этом способе выемка, транспортировка и подъем угля проводится потоками воды (чаще всего из подземных водоносных горизонтов). Слой породы разрушается либо струями высокого давления, либо гидромеханическими машинами. Затем материал транспортируется по наклоненным желобам до центральной камеры гидроподъема. Оттуда масса перемещается на поверхность.
• При помощи сжатого воздуха
  Выемка угля осуществляется за счет воздушной энергии. Установка для добычи состоит из компрессора, воздухопровода, пневматического взрывного патрона и предохранителей. Воздух подается из компрессора по воздухопроводу под давлением 300-700 атмосфер. Он попадает во взрывной патрон, размещенный в шпуре (цилиндрическом отверстии в угольном пласте). Воздух расширяется, эффект напоминает взрыв, при этом нет искр, не выделяется ядовитых газов. Этот метод намного безопаснее, чем классический взрывной.
• Виброимпульсный
  В основе метода – разрушение угольного пласта низкочастотными мощными импульсами, производимыми генераторами. Он пока не получил широкого распространения и требует совершенствования.

Выбор метода зависит от глубины шахты и мощности пластов, наличия оборудования, экономических факторов.

Подробнее о них вы можете прочитать в статье Добыча угля закрытым способом.

Кроме того, рекомендуем вам ознакомиться с другими статьями по теме:

• Как образовался каменный уголь
• Добыча угля в России – запасы и статистика
• Добыча угля в мире
• Экологические проблемы добычи угля

Добыча угля – это важная часть ресурсной экономики многих стран. В этой отросли работают сотни тысяч людей – шахтеров, горных инженеров, технологов, экономистов. Способы получения продукции зависят от особенностей месторождений, залегания угольных пластов, рельефа местности. Добычу начинают только после тщательной разведки и просчета экономической выгоды. Если запасы исчерпываются, или выемка требует больших финансовых затрат, шахты закрываются.

• Добыча угля в мире
• Добыча угля в России
• Добыча угля открытым способом
• Добыча угля шахтным (закрытым) способом
• Как образовался каменный уголь
• Экологические проблемы добычи угля

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.

Способы добычи угля

Открытый способ

Открытый 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.

Современная

Разработка угольных шахт и бассейнов

К основным задачам, которые ставятся перед угольной промышленностью, относится добыча и первичная переработка (обогащение) каменного и бурого угля. Угледобыча самая крупная из всех отраслей входящих в топливную промышленность по количеству персонала и стоимости основных фондов. Такой субъект Российской Федерации, как Кемеровская область своим экономическим потенциалом во многом обязан угольной промышленности.

Угольные бассейны России

На территории России находятся залежи различных видов угля — бурого, каменного и антрацита. Российская Федерация занимает одно из лидирующих мест в мире по количеству каменного топлива в недрах. Суммарное количество угля составляет 6421 миллиардов тонн, 5334 миллиарда тонн из них кондиционные.

Количество каменного угля в общих запасах более 60% от числа всех запасов. Технологическое топливо — коксующийся уголь — занимает 10% в общем объеме запасов, 3,6% валового продукта приходится на долю продукции угледобычи в ТЭК, а в общем объеме ВВП России на эту отрасль приходится около одного процента.

Если рассмотреть карту России, то более 90% залежей находится на востоке страны, в основном в Сибири. Если сравнивать объёмы добычи то наиболее значимыми для страны месторождениями можно назвать Кузнецкое, Канско-Ачинское, Тунгусское, Печорское и Иркутско-Черемховское месторождения.

Добыча угля в России

В мире, по объемам добытого угля Россия занимает, пятое место (впереди Китай, Соединенные Штаты Америки, Австралия и индия), 75% добытого топлива, применяется энергетиками при производстве тепловой и электрической энергии, 25% используется для нужд металлургической и химической промышленности.

Экспортируется небольшой процент от общей добычи. Основными рынками экспорта являются Япония и Республика Корея.

В России основным является открытый метод добычи – 75% от общего объема. Применение открытого метода обусловлено небольшой глубиной залегания. Для применения такого способа добычи нужно снять верхние слои почвы. Для вскрытия используются бульдозеры, скреперы, роторные экскаваторы, драглайны.

Потом дробится порода. Для дробления используют водяные пушки, дробилки, иногда применяются буровзрывные методы отбойки угля. Добыча таким способом занимает довольно большую площадь территории.

Добыча угля открытым способом имеет следующие положительные стороны:

Шахтная добыча угля

• добыча единицы продукции происходит за небольшой интервал времени;
• низкая себестоимость;
• относительная безопасность;

Уголь, добытый открытым методом, содержит большой процент примесей.

Шахтная добыча более затратная. Применение обусловлено залеганием пластов полезной породы на большой глубине. Обустройство шахт требует больших капитальных затрат как в финансовом плане, так и во временном. При добыче угля в шахтах имеет место большая доля ручного труда. Глубина некоторых шахт достигает одного километра.

Добыча угля наружным методом

• высокое качество добытого сырья;
• меньше воздействие на окружающую среду;

• самый небезопасный способ добычи;
• необходимы серьёзные финансовые вложения.

Крупнейшие месторождения России

Кузбасс

Кузнецкий угольный бассейн, сокращённо Кузбасс – наиболее крупное месторождение по запасам угля на территории РФ, и крупнейшее в мире. Оно расположено на Западе Сибири.

Основная часть территории бассейна находится в Кемеровской области. На долю Кузбасса приходится добыча 56% процентов каменного и около 80% коксующегося угля, добытого в РФ, в общей сумме двести миллионов тонн в год.

В Кузнецком бассейне угли, по своему качеству разные. Уголь с более высоким качеством залегает глубже, а чем ближе к поверхности увеличивается зольность и влажность угля. Большие расстояния от главных потребителей топлива – центральной части страны, Камчатки и Сахалина, является основным недостатком. Добыча ведется открытым методом.

Канско-Ачинский бассейн

Этот бассейн расположен в центральной Сибири. Основной вид добываемого угля – бурые угли, широко применяемые в энергетике, Добывается открытым способом.

Канско-Ачинский угольный бассейн — находится на территории Красноярского края, частично Кемеровской и Иркутской областей РСФСР

Количество угольных запасов составляет 638 миллиарда тонн, используется топливо местными электростанциями для генерации электроэнергии и тепловой энергии. Значительная часть добытого ископаемого применяется на ТЭЦ Иркутской энергетической системы. Самыми крупными потребителями Канско-Ачинских углей являются ТЭЦ, расположенные в городах:

Немаловажное значение для бассейна играет наличие транссибирской железнодорожной магистрали, по которой осуществляется транспортировка угля, как в западном направлении страны (для нужд Рязанской ГРЭС), так и на Дальний Восток.

Тунгусский бассейн

Самые крупные месторождения угля

Тунгусский бассейн, лидирующий в России, и входит в число крупнейших угольных бассейнов мира. Его площадь составляет примерно один миллион квадратных километров. Количество угля в недрах составляет примерно два миллиарда тонн, причем 95% из них каменные. Такое количество угля способно обеспечить все мировые потребности сроком на пятьсот лет.

В связи с отсутствием подъездных путей и удаленностью от промышленных центров на полную мощность не эксплуатируется. Основным потребителем угля является субъект РФ Красноярский край.

Печорский угольный бассейн

Располагается на западном склоне кряжа Пай-Хой. Административно расположен в Ненецком автономном округе и Республике Коми.

В недрах бассейна преимущественно находятся коксующиеся угли высокого качества. Добыча ведется с применением шахтного метода.

Ежегодная добыча 12,6 миллиона тонн угля, что равняется 4% от всего количества угля, добываемого в России. Череповецкий металлургический завод является самым крупным потребителем.

Иркутско–черемховский бассейн

Толщина пластов от одного до десяти метров. Большие расстояния от крупных потребителей не позволяет использовать добываемый уголь, кроме как на местных электростанциях. Для добычи топлива применяется открытый способ.

Влияние на экологию

Природа проблем воздействия на окружающую среду угледобывающей сферой в основном связана с проведением горных работ. Особенно при открытой добыче угля. При проведении взрывных работ в небо подымаются тонны пыли, и разносятся ветром на многие километры. Более пятидесяти процентов шахт по добычи угля относятся к категории взрывоопасных, также высока опасность самовозгорания угольной пыли.

При проведении взрывных работ в небо подымаются тонны пыли, и разносятся ветром на многие километры

При проведении работ под землей существует большая вероятность оседания земли, которую возможно предотвратить. При проведении добычи полезных ископаемых, пустоты, образующиеся под землей, необходимо заполнять, не имеющей ценности породой или другими материалами.

Многие страны мира уже успешно применяют эту технологию. В первую очередь в тех странах, где приняты нормативы, и программы по рекультивации территорий, на которых проводились горные работы.

Каждый субъект хозяйствования при добыче каменного топлива должен выполнять требования техники безопасности принятые в добывающей отрасли. Пренебрежение этими правилами может привести к очень опасным последствиям:

• при добыче возможны изменения ландшафта;
• развитие эрозии почвы, связанное с оседанием поверхности земли, нарушается почвенный покров;
• происходит ухудшение качества воздуха и воды;
• в результате подземной добычи угля происходят выбросы метана;
• подземные пожары;
• самовозгорания в отвалах;
• осыпание откосов;

Для минимизации экологических последствий каждый субъект хозяйственной деятельности, занимающийся добычей и переработкой угля должен внести свой вклад в решение данной проблемы.

Видео: Уголь. Современная добыча угля!

Источник

Добыча угля открытым способом

Добыча угля открытым способом проводится при поверхностном залегании пластов. Это экономически выгодный метод: разработка карьеров (угольных разрезов) обходится в 2-3 раза дешевле , чем шахт. В результате себестоимость полезного ископаемого падает. Поэтому открытый способ добычи угля считается самым дешевым. К тому же, он намного безопаснее.

В этой статье мы подробно расскажем о технологии добычи каменного угля в карьерах.

1. В каких случаях уголь добывают открытым способом
2. Какие существуют методы разработки угольных карьеров
3. Какая техника используется для добычи
4. Из каких этапов состоит технология разработки разреза
5. Какие есть преимущества и недостатки и открытого способа добычи угля
6. Как развивалась история открытой добычи угля в России

В каких случаях уголь добывают открытым способом

Чтобы использовать карьерную разработку, месторождение должно соответствовать двум критериям:

• Глубина залегания угля
  Открытая добыча ведется в пластах, залегающих близко к поверхности земли. Чаще всего их глубина не превышает 100 м. Но современные технологии позволяют проводить выемку и с 500 м ниже поверхности земли. Самый глубокий угольный разрез в России и всей Евразии – Коркинский (Челябинская область). Его нынешняя глубина – 540 м, а проектная – 6 3 0 м. Карьер закрыли в 2017 году, после нескольких пожаров и обрушения стенок.
• Угол падения пластов
  Они могут идти параллельно земле или спускаться вглубь под разным углом. Некоторые пласты расположены перпендикулярно к поверхности. Их верхние границы находятся на глубине в несколько метров, прикрыты лишь тонким слоем грунта. Вниз пласт спускается на сотни метров. В таких случаях добычу начинают открытым способом, а затем оборудуют шахты.

Карьерную разработку угля можно вести на любой территории. Для равнинной и горной местности есть разные методы добычи. О них мы поговорим в следующем разделе.

Методы открытой добычи угля

Всего их 4; каждый предполагает использование определенного оборудования и техники. Выбор конкретного метода зависит от особенностей рельефа.

Разработки могут вестись:

• На равнине
• В горной местности

Добыча угля на равнинах

Здесь для разработки месторождений используются следующие методы:

1. Поверхностный
   Применяется при пологом расположении пластов. Снимается максимальное количество вскрышной породы. Она отправляется на внешние отвалы. Иногда разработку ведут узкими полосами. Вскрышу из первой полосы складывают по внешнему контуру. Когда из нее выбран весь уголь, закладывают вторую. Пустую породу из нее перемещают в первую полосу. Таким образом параллельно с добычей проводится рекультивация.
2. Глубинный
   Используется при разработке пластов с большим углом падения. Вскрыша снимается ступенями, разрез постепенно углубляется. Пустую породу перемещают на ве р хние ступени или за пределы разреза.

Добыча угля в горной местности

В данном случае технология сложнее, так как необходимо учитывать особенности рельефа. Методов открытой добычи в горной местности два:

1. Контурный
   Разрез делают по краю подножья холма, повторяя его контуры. Пустую породу складывают на склоне или оставляют полосу в 5-6 м для отвалов. Второй способ безопаснее, нет риска оползней. Пустой породой из второго контура можно заполнять первый. Метод выгоден в тех случаях, когда угольный пласт прикрыт небольшим количеством породы. Если основная масса залежи находится под основанием холма или горы, лучше прокладывать штольни.
2. Нагорный
   При этом способе добыча начинается с вершины или гребня холма. Пустая порода оттуда снимается, образуется плато. Вскрыша перемещается в долины. Метод значительно изменяет рельеф местности, влияет на экологию.

В зависимости от оборудования, используемого в разрезах, выделяют такие технологии:

• Цикличная
  Добыча и транспортировка угля проходят с перерывами (циклами). Чаще всего используется техника малой и средней мощности.
• Циклично-поточная
  Породу добывают машинами цикличного действия , чаще всего одношкивными экскаваторами. Транспортируют уголь и вскрышу конвейерами и автоматическими установками непрерывного действия.
• Поточная
  При этой системе добычи все процессы автоматизированы. В разрезах применяется техника непрерывного действия. Для добычи используются многоковшовые экскаваторы, для транспортировки – конвейеры.
• Транспортная
  Для перевозки угля на склады и вскрышной породы в отвалы используются самосвалы, железнодорожные вагоны.
• Бестранспортная
  Погрузка на склады, обогатительные заводы и в отвалы осуществляется через конвейеры непосредственно с экскаваторов. Такая система более дорогая, но эффективная. К тому же, идет меньшее загрязнение внешней среды выхлопными газами от тяжелых грузовых машин.

В крупных разрезах одновременно могут использоваться несколько технологий открытой добычи. Например, при разработке пластов, расположенных близко к складам и обогатительным заводам, применяют бестранспортную систему. На дальних участках используют грузовики или вагоны. В одной части карьера работа идет цикличным методом, в другой – поточным или циклично-поточным.

Техника для открытой добычи угля

В угольных разрезах используется несколько типов техники:

• Машины для выемки вскрышной породы и угля
• Оборудование для транспортировки
• Вспомогательная техника

Далее мы расскажем о них подробнее.

Машины для выемки породы и угля

Для выемки используются экскаваторы разного типа:

• С прямой лопатой
  Экскаваторы с прямой лопатой предназначены для выемки породы выше уровня площадки, на которой стоит машина. Лопата роет «от себя», набирает материал наподобие ложки. Она состоит из ковша с зубьями, жестко прикрепленного к рукоятке, ст р елы и седлового подшипника. Стрела подвешена на канатах, она располагается под углом 45-60° к горизонтальной плоскости. Нижняя часть ковша открывается, таким образом порода высыпается на отвал или в кузов автомобиля.
• С обратной лопатой
  Они изымают породу с уровней, расположенных ниже площадки, где стоит машина. Ковш жестко крепится к рукояти, он снабжен зубьями на передней и боковых сторонах. Рукоять представляет собой полую литую трубку с отверстиями для крепления ковша. Она крепится к стреле и поворачивается по часовой стрелке. Угол наклона стрелы меняется в широких пределах.
  Обратная лопата роет «на себя». Ковш врезается в породу и загребает ее, поворачиваясь внутрь. Затем экскаватор разворачивается к месту выгрузки (оврагу, отвалу или кузову автомобиля) и опрокидывает ковш.
  Стрела у экскаваторов с прямой и обратной лопатой короткая, не больше 5-10 м. Максимальный объем ковша – 10 м3. Для выемки породы с большой глубины или мест, куда не может подъехать техника, используют драглайны. Их стрела может достигать в длину от 15 до 125 м, а в ковш помещается от 6 м3 до 168 м3 породы.
• Драглайны
  Механизм драглайн включает тяговую и подъемную лебедки, ковш и стрелу. Все элементы соединены между собой сложной системой канатов. Отдельные тросы предназначены для подъема и опускания стрелы. Ковш чрезвычайно подвижный. Это помогает охватить значительный радиус обрабатываемого участка — до 15 м. За час машина способна произвести выемку больше 300 м3 по р оды (экскаватор с прямой лопатой – до 210 м3).
• Грейферы
  Немного реже на угольных разрезах используются грейферы. Это устройства с двухлопастным ковшом, напоминающим челюсти. Они могут быть частью экскаватора или подъемного крана. Грейферы предназначены для выемки породы ниже уровня стоянки машины. Они могут использоваться в котлованах с глубиной 6-30 м. Объем ковшей достигает 7-8 м3, за один раз грейфер может изымать до 10 т породы.
• Роторные экскаваторы
  Это самая мощная машина, используемая при открытой добыче угля. Ее рабочая часть – круглое колесо, диаметром до 18 м. На нем помещается около десятка ковшей или резцов. Объем одного ковша – до 2 м3. Производительность машины – 10 000 м3 в час. Она может копать на глубину 5 м и имеет высоту вреза до 33 м.
  Ротор используется для разрушения и выемки вскрышной породы, угольных пластов. Экскаватор снабжен транспортером и может перемещать вскрышу в отвалы, а уголь – на склады. Его часто применяют для выемки угля из пластов малой мощности, или разработки слоистых пластов с разными видами материала.
• Машины для гидроразмыва
  Для удаления рыхлой вскрышной породы используются машины для гидроразмыва. Они снабжены мощными шлангами. Струя воды смывает породу, открывая пласт угля. При такой методике в воздух попадает меньше пыли , но проблемой является перерасход воды. Метод нельзя использовать при отрицательных температурах.

Экскаваторы отличаются не только рабочей частью. Они перемещаются разными способами.

По этому критерию машины разделяют на:

Колесные экскаваторы в карьерах применяются редко, лишь на участках с относительно ровной поверхностью. Гусеничный ход предназначен для легких и средних машин. Мощная угледобывающая техника чаще бывает шагающего типа. Она перемещается с низкой скоростью, на гидравлических опорах, оснащена драглайнами или роторами. Такие экскаваторы предназначены для выемки больших объемов породы. Они в 2-3 раза экономичнее, чем легкие передвижные машины.

Около 60% экскаваторов, работающих в разрезах России, отечественного производства. Некоторые из них были выпущены еще в СССР. Остальные 40% машин – импо р тные: из Кореи, Японии, Франции, Германии и США.

Оборудование для транспортировки

В разрезах ежедневно перемещают сотни тысяч тонн сыпучих материалов. Добытый уголь поставляется на склады, обогатительные заводы, в порты и на железнодорожные станции. Пустую породу складывают в отвалы либо заполняют ею отработанные карьеры.

Для транспортировки в угольных разрезах используют:

• Самосвалы с большой грузоподъемностью
  Автомобильная перевозка – самый популярный способ. Уголь или вскрышная порода грузятся экскаваторами в кузов самосвалов. Грузоподъемность их колеблется от 30 до 400 тонн. Для перевозки полезного ископаемого в карьерах чаще используют машины на 30-35 тонн, для породы – 100-300 тонн. Обычно в российских карьерах работают самосвалы марки «БелАЗ». Немного реже – машины корейского или японского производства.
  Метод имеет свои недостатки. Для проезда техники необходимо построить дорогу. Уклон ее не должен превышать 6°. По более крутому склону груженый автомобиль не проедет. Выхлопные газы от тяжелого транспорта загрязняют внешнюю среду.
• Железнодорожный транспорт
  Погрузка в железнодорожные вагоны – более экономичный и экологичный метод. Уголь с карьеров сразу поставляется потребителю или на обогатительные заводы , которые расположены за несколько километров от места добычи. Способ перевозки выгодно применять на крупных карьерах. Ведь для этого нужно проложить железнодорожную ветку.
  Вагоны для транспортировки используются в самом крупном разрезе в мире – «Богатырь». Он расположен в Экибастузском бассейне (Казахстан). В России этот метод транспортировки применяют в Бородинском разрезе (Красноярский край).
• Ленточные конвейеры
  Ленточные конвейеры – один из перспективных и безопасных с экологической точки зрения методов транспортировки. Подобное оборудование установлено на крупных роторных экскаваторах. Но его длина ограничена несколькими десятками метров. Наземные конвейеры могут транспортировать породу и уголь на сотни метров. На Сахалине в 2019 году начали строить конвейер длиной 28 км. Он будет соединять Солнцевский угольный разрез с портом «Шахтерск».
  Конвейеры закрытого типа не загрязняют окружающую среду. Пыль от породы и угля не попадает в воздух. Производительность ленты составляет 3 000 — 3500 т/час. Но такое оборудование имеет свои недостатки. В условиях холодного климата конвейеры трудно эксплуатировать , они страдают от снега и обледенения.

На угольных разрезах чаще всего используются комбинированные системы. Например, конвейер устанавливают на крутых участках, с углом падения более 7 градусов. К ним материалы подвозятся грузовиками. Также комбинируют автомобильный и железнодорожный транспорт, чтобы экономить на прокладке рельсов.

Вспомогательная техника

Кроме непосредственной добычи угля и выемки вскрышных пород в разрезах проводятся и другие работы. Для прохождения транспорта нужно проложить дороги. Время от времени следует проводить их ремонт. Персонал нужно перевозить на дальние участки. Все это требует дополнительной техники.

Чаще всего на угольных карьерах используют:

• Бульдозеры. С их помощью проводят дополнительную выемку породы, выравнивают площадки и дороги
• Буровые установки – для подготовки взрывных работ
• Погрузчики и тракторы – для перемещения мелких грузов
• Грейдеры. Применяются для прокладки, выравнивания и ремонта дорог
• Грузовые автомобили средней и малой грузоподъемности – для подвозки деталей и оборудования
• Машины для полива дорог. Они помогают снизить запыленность в карьерах
• Внедорожники – для подвоза р абочих

В хозяйственный комплекс разреза входят гаражи, мастерские для ремонта оборудования, объекты электроснабжения, помещения для персонала, административные строения, склады, лаборатории. На территории крупных карьеров строятся обогатительные заводы.

Порядок разработки угольного разреза

Разработка угольного разреза начинается с выявления залежи, а заканчивается закрытием и рекультивацией карьера. От начала эксплуатации до ее завершения проходит несколько десятков лет. В некоторых разрезах уголь добывают уже больше сотни лет.

Основные этапы разработки угольного разреза:

1. Поиск и разведка
2. Вскрышные работы
3. Добыча угля
4. Ликвидация или консервация разреза

Подробнее о каждом этапе вы прочитаете дальше.

Поиск и разведка

О методах поиска новых месторождений мы подробно рассказывали в статье Добыча угля. На этих этапах выявляют запасы угля и делают вывод, возможно ли вести разработку открытым способом. Важно определить глубину залегания пластов и их угол падения. Также изучают мощность залежи, от нее зависит экономическая целесообразность добычи.

Вскрышные работы

Выделяют 2 вида вскрышных работ:

• Горно-капитальные
  Проводятся в самом начале разработки месторождения или при введении в эксплуатацию новых участков
• Текущие
  Включают зачистку уже вскрытых пластов от пустой породы

Перед началом работ проводятся геологические расчеты и заполняется документация. Первый этап – расчистка местности от деревьев и куста р ников. Плодородный слой почвы снимается и складируется. Он будет использоваться в дальнейшей рекультивации разрезов.

Затем приступают непосредственно к удалению вскрыши. Если порода рыхлая, используют экскаваторы, драглайны. Плотные породы разрыхляют роторными экскаваторами с режущими инструментами.

Плотные породы взрывают. Работы проводит специально обученный персонал. Взрывные устройства монтируются в единую сеть, по предварительно согласованному плану. Их помещают в шпуры (цилиндрические отверстия в породе), шахты или ямы. При небольших объемах размещение взрывателей проходит вручную. Но на крупных карьерах этот процесс механизирован.

Используется несколько методик взрывания

В зависимости от применяемых средств:

• Огневое
  Устройства поджигаются специальными патронами.
• Электроогневое
  Огневые шнуры поджигаются электровоспламенителями, соединенными в общую сеть.
• Электрическое
  Взрывная сеть монтируется из кабелей, которые подключаются к каждому за р яду и соединяются между собой. Взрыв происходит после включения электрического тока.

В зависимости от времени между взрывами:

• Мгновенное
• Замедленное
• Короткозамедленное

В зависимости от порядка расположения зарядов:

В зависимости от назначения:

• Первичное
  Взрывается нетронутая порода на поверхности пласта
• Вторичное
  Разрушаются твердые куски вскрыши, которые не разрушились при первом взрыве

После взрыва проверяют, все ли устройства сработали. Если остались заряды, их взрывают дополнительно. Только после этого в зону допускаются рабочие и техника.

Когда вскрыша с верхних пластов удаляется, в разрезе прокладываются внешние и внутренние траншеи, дороги для проезда тяжелого транспорта. На территории оборудуются коммуникации, проводится электрическое оснащение, возводятся хозяйственные постройки.

Вскрышные работы проводят на протяжении всего времени функционирования угольного разреза. Ведь между пластами есть прослойки пустых пород. Карьер постепенно углубляется, пока не будет выработан полностью.

Добыча угля

После обнажения угольного пласта переходят непосредственно к добыче породы. Сначала в разных местах берут пробы, чтобы определить качество полезного ископаемого. Если пласт состоит из разных видов угля, выемку ведут слоями.

Верхняя часть пласта может быть рыхлой, так как разрушаются вместе со вскрышей во время взрыва. Более глубокие требуют дополнительного р ыхления. Это делается роторными экскаваторами, буровыми установками или с помощью взрывных устройств.

Добыча ведется с помощью экскаваторов, драглайнов, грейферов. Сразу идет отгрузка материала на самосвалы, конвейеры или в вагоны. Они доставляют уголь на склады, обогатительные заводы, железнодорожные станции или в порты. Каждая партия тщательно проверяется. Берут около десятка проб и отправляют в лабораторию. Там определяют основные свойства материала – зольность, теплоемкость, влажность и т.д. От этого во многом зависит сфера применения полезного ископаемого.

Ликвидация и консервация разрезов

Каждый разрез имеет свои запасы угля. Когда они исчерпываются, встает вопрос о ликвидации карьера. В отдельных случаях она проводится, когда дальнейшая добыча угля становится опасной или нерентабельной. Например, в карьере возникли пожары, а стенки ненадежные, и существует постоянная угроза обвалов.

Некоторые разрезы консервируют, чтобы продолжить добычу угля через некоторое время. Чаще всего это связано с экономической рентабельностью. Через некоторое время цены и спрос на рынке угля могут повыситься, стоимость техники – снизиться. Тогда предприятие возобновляет свою работу.

Перед началом ликвидации или консервации объекта составляется подробный план. В нем прописываются причины закрытия, сроки проведения ликвидационных (консервационных) работ. Составляется схема разреза и окружающей местности. Детализируется каждый этап проведения работ.

При ликвидации угольного разреза в первую очередь следует предотвратить возгорание остатков полезного ископаемого. Нужно оградить доступ возд у ха к породе. Для этого сооружают специальные перегородки или закачивают вглубь пластов влажную пульпу. Она состоит из глины, вскрышных пород или отходов обогатительных заводов. Заливают пульпу сквозь специально пробуренные отверстия.

Дальше укрепляют стенки карьера, убирают оборудование и послойно засыпают карьер вскрышной породой. При консервации разреза заполняют лишь некоторые отработанные участки. В этом случае важно обеспечить безопасность людей и животных. Территория разреза огораживается, в особо опасных местах делают высокие насыпи.

Все этапы работ по ликвидации проверяются. Важно обеспечить безопасность, предотвратить подземные пожары и образование оползней. Продукты угледобычи не должны попадать в водоемы. Поэтому тщательно блокируются устья рек и подземные водоносные горизонты. Когда карьер засыпан, проверяется прочность основания, отсутствие провалов.

Поверх вскрышной породы на месте бывшего разреза выстилают слой плодородной почвы. Он должен отлежаться два года. Затем можно высаживать траву, кустарники и деревья. Во многих странах мира, включая Россию, проводится рекреационная рекультивация угольных разрезов. Полностью изменяется хозяйственное предназначение территории. Например , на месте карьера можно разбить пастбище, парк, сделать искусственное озеро или зону отдыха.

Преимущества и недостатки открытого способа добычи угля

Добыча угля в открытых разрезах в 2-3 раза рентабельнее, чем в подземных шахтах. Этот метод используют всюду, где есть технические возможности.

К плюсам открытой добычи относят:

• Безопасность
  На открытом воздухе работать намного легче, наносится меньший вред здоровью. Ведь концентрация пыли и вредных газов в карьерах намного ниже, чем в шахтах. Количество травм и смертельных случаев при открытой добыче ниже.
• Высокий процент выемки породы
  Из пластов в разрезах можно извлечь в 1,5-3 раза больше полезного ископаемого, чем из шахт.
• Возможность использовать тяжелую технику благодаря открытому пространству
  Мощные экскаваторы способны извлечь в час сотни тонн породы, чего нельзя добиться от подземных комбайнов. Перевозка осуществляется вместительными самосвалами и вагонами, большими ленточными конвейерами. Это значительно повышает производительность и рентабельность предприятия.
• Возможность вести взрывные работы
  Это один из самых эффективных методов рыхления вскрышной породы и угольных пластов. На открытых пространствах риск обвалов, пожаров , взрывов газа намного ниже, чем под землей. Поэтому ограничений на взрывные работы нет.
• Низкие затраты на оборудование, консервацию и ликвидацию карьеров
  В разработку открытым способом нужно вкладывать намного меньше средств, чем закрытым. Добычу в карьерах легко регулировать, наращивать или сокращать при необходимости. Для ликвидации разреза нужно меньше средств и усилий.

Минусы открытой добычи:

• При разработке разреза сильно нарушается ландшафт, страдает биосфера.
• Из эксплуатации выводятся большие площади сельскохозяйственных земель.
• В воздух попадает много пыли, которая оседает в реках, озерах, на полях, загрязняя воду и почву.
• Открытым способом можно получать только уголь из поверхностных пластов.
• Существует зависимость от природных условий. При сильных морозах или высоких температурах продуктивность добычи снижается.

Открытая добыча угля в России

Добыча угля открытым способом в России началась еще на заре ХХ века. Для этого были оборудованы небольшие разрезы в Забайкалье и Восточной Сибири. Но объемы добычи были незначительными, использовался в основном ручной труд. В 30-х годах открылись карьеры в Коркинском, Черемховском, Богородчанском и Рейчихинском месторождениях (Восточная Сибирь). После войны начали интенсивно разрабатываться разрезы в Кузбассе.

К 1955 году количество людей, работающих в разрезах, увеличилось в 4 раза. Параллельно начала развиваться машиностроительная промышленность. В карьеры поступали мощные экскаваторы и самосвалы, а тепловозы заменялись электровозами. В 1992 году открытым способом в РФ добывалось уже 56,4% всего угля, было освоено около 88% месторождений.

На сегодняшний день в России открытым способом добывается 65% полезного ископаемого, и в ближайшее время эту цифру должны увеличить до 75%. Себестоимость такого угля намного ниже, чем добытого в шахтах. Поэтому материал имеет много конку р ентных преимуществ на рынке.

Цены на уголь остаются стабильными уже несколько десятилетий, спрос на него будет только расти. Сейчас в большинстве стран наращивается именно открытая добыча, а шахты постепенно закрываются. Метод себя лучше окупает и требует меньше вложений. Поэтому, как мы уже говорили в самом начале, открытый способ добычи угля – самый дешевый.

Источник

Горючий камень – ископаемый каменный уголь – был известен еще в древности. Его примитивная добыча велась в древнем Китае и античной Греции, где он использовался как топливо. Древнеримские виллы отапливались углем месторождений Греции и Италии. По некоторым сведениям, в одном из крупнейших угольных районов Китая Фуншуе каменный уголь применяли для выплавки меди 3 тысячи лет тому назад. Известны китайские трактаты II века до н.э., где упоминается об использовании угля в производстве фарфора, для выпарки соляных растворов и др. По сообщениям знаменитого путешественника Марко Поло, посетившего Китай в 1310 г., уголь широко применялся в промышленности и для отопления.

Хотя древнегреческий философ Аристотель сравнивал некоторые свойства древесного и ископаемого угля, много веков бытовало мнение о минеральном происхождении ископаемых углей. Так, в 315 году до нашей эры ученик Аристотеля Теофраст называл их «горящими камнями» – «антраксом» (откуда и появилось название «антрацит»). В ХVI веке нашей эры врач и алхимик Парацельс рассматривал природные угли как «камни, измененные действием вулканического огня», а естествоиспытатель Агрикола говорил, что каменный уголь – это отвердевшая нефть.

Русский ученый М.В. Ломоносов в своем трактате «О слоях земных» (1763) выдвинул гипотезу о происхождении ископаемого угля из торфа, а торфа – из скоплений остатков растений на дне болот. Органическое происхождение ископаемых углей было окончательно доказано лишь в ХIХ веке путем микроскопических исследований, обнаруживших в структуре угольного вещества обуглившиеся или частично разложившиеся остатки растительных тканей, зернышек смолы, семян, спор.

На всех континентах Земли и большинстве островов Мирового океана имеются месторождения угля. Открытие каждого из них имеет свою историю.

О добыче и использовании каменного угля имеются различные сведения. Так, при геологических исследованиях в Украине были обнаружены отвалы древней разработки угля в районе г. Бахмут (ныне г. Артемовск), свидетельствующие, что уже в IX–X вв. местное население добывало и использовало его в качестве топлива при производстве различных предметов быта.

В Западной Европе уголь стал использоваться позже. До XVII века для выплавки металла применялся исключительно древесный уголь. Бурное развитие металлургии в XVIII веке потребовало большого количества топлива, поэтому запасы промышленной древесины резко сокращались. Заменой древесному углю мог стать ископаемый уголь.

К этому времени относятся усиленные поиски месторождений ископаемого угля в различных странах.

Интересна история начала потребления каменного угля в Великобритании. Как писала одна из английских газет сто лет тому назад: «Дело было в начале XIV столетия. Лондонские пивовары, кузнецы и слесари, видя все более возрастающую дороговизну дров, попробовали вместо них жечь каменный уголь, что оказалось и очень удобным, и очень выгодным. Но суеверные горожане сочли сжигание каменного угля делом нечестивым. Была подана особая петиция королю, и употребление каменного угля было воспрещено законом. Однако ввиду дороговизны дров многие тайно продолжали нарушать закон, так что горожане потребовали драконовских мер. Достоверно известно, что один нарушитель закона в Лондоне был казнен, но говорят, что таких случаев было много. Затем строгие законы были отменены, но еще долго против каменного угля было сильное предубеждение ввиду «зловонности этого вида топлива». Против каменного угля особенно восстали дамы; многие лондонские дамы отказались являться в дома, которые отапливались не дровами, и не прикасались ни к одному блюду, если оно было приготовлено на каменном угле, считая такие кушанья нечистыми. А ныне каменный уголь составляет силу и богатство Англии, неизбежное условие самой нынешней цивилизации».

Изменились времена, и изменилось отношение англичан к углю, в результате чего появилась следующая традиция. У англичан (в особенности у шотландцев) в новогоднюю ночь первым, кто переступит порог дома, должен быть высокий черноволосый мужчина с серебряной монетой и кусочком угля. И тогда в доме в новом году никогда не будет недостатка в еде, всегда будет тепло и уютно.

В России промышленное применение каменного угля взамен древесного возникло в начале XVIII века. Первые достоверные сведения о поиске и разведке ископаемых углей в России относятся тоже к началу XVIII в.

При Петре I, уделявшем большое внимание развитию горного дела, были организованы специальные экспедиции в различные районы страны.

В Донецком бассейне залежи каменного угля были открыты в 1721 г. в районах Бахмута, Лисичанска, Шахты.

Экспедиции, направленные в другие районы России, сделали также ряд открытий. В 1721 г. было обнаружено угольное месторождение на реке Томь (Кузбасс). К этому же году относится открытие Подмосковного бассейна, а также месторождения в районе г. Кизел на Урале. В 1722–1723 гг. в петербургскую Берг-коллегию поступило много сообщений об угольных пластах в районах рек Дона и Днепра.

Огромное влияние на интенсивный поиск и освоение угольных месторождений оказало развитие металлургической промышленности во многих странах. Например, освоение Донецкого бассейна тесно связано с постройкой Луганского чугунолитейного завода, перерабатывающего местные руды, который был введен в действие в 1799 г. Одновременно с началом сооружения завода были заложены каменноугольные разработки первично вблизи села Белого, а затем на более богатом месторождении на правом берегу Северского Донца в Лисичьей балке (г. Лисичанск). Лисичанский рудник оставался основным угледобывающим предприятием в Донбассе до конца 60-х годов XIX столетия, т.е. до начала строительства более крупных шахт в его центральных районах.

Аналогично начинали осваиваться угольные месторождения в других угледобывающих странах.

Источник: http://energetika.in.ua/ru/books/book-1/part-2/section-7/7-1/7-1-1