Полезное ископаемое которое добывается в шахтах
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:
- Карьерный или разрезной;
- Шахтный;
- Гидравлический.
Их использование зависит от глубины залегания пласта полезного ископаемого, твердости породы и доступности.
Сравнительная таблица способов добычи угля.
| Карьерный | Шахтный | Гидравлический | |
| Плюсы | Низкая себестоимость Безопасность Быстрая разработка месторождений | Сравнительно экологичный Высокое качество угля Большие выработки | Экологичный Не требует привлечения огромного количества человеческих ресурсов Сравнительно дешевый Не наносит вред фундаменту планеты |
| Недостатки | Качество добытого угля Неэкологичный | Не безопасный способ Трудоемкость Себестоимость очень высокая | Использование огромного количества воды Низкая продуктивность |
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.
Источник
Знакомство человека с полезными ископаемыми
На заре истории первобытный человек научился использовать грубо обработанные камни в качестве примитивных инструментов и оружия.
Изначально наши предки находили камни разных пород на поверхности земли. Затем, обнаруживая полезные свойства природных камней, люди стали целенаправленно искать определенный материал.
В это же время человек впервые начал добывать необходимые камни из других пород – так люди положили начало подземной добыче полезных ископаемых и горному делу.
Древняя выработка напоминала глубокий колодец, стены которого оснащались камнями-ступенями.
Сегодня шахта представляет собой крупное предприятие с технологичным оборудованием и автоматизированными системами управления. Современная выработка может иметь протяженность в несколько десятков километров.
Эпоха металла
С освоением меди и бронзы человечеству понадобились более совершенные методы добычи, открывающие доступ к глубоко залегающим рудным пластам. Около 3000 лет назад человек научился получать сварное железо и освоил поверхностную закалку, повышающую твердость металла.
Появление железа в повседневном обиходе дало толчок к усовершенствованию горного дела.
Вначале руду добывали открытым способом, но затем для разработки глубинных залежей стали обустраивать шахты, глубина которых достигала 120 м. Для спуска и подъема в стены выработки монтировали лестницы. Чтобы попасть в шахту или выбраться на поверхность, требовалось много сил – настолько, что рабочим порой месяцами приходилось находиться под землей.
В наше время работников в шахту доставляют специальные лифты.
Взрывные работы
Развиваясь, металлургия со временем требовала все больших объемов добычи угля, железной руды и других ископаемых материалов. В арсенале рабочих начали появляться новые инструменты, а выработки становились глубже.
Использование взрывчатки и появление динамита упростило работу горняков и позволило промышленности выйти на новый уровень.
Подтопление шахт и решение проблемы
Чем глубже человек уходил под землю, тем труднее ему приходилось – подземные воды подтопляли шахты. Справиться с затоплением при помощи ведра и веревки, конечно, не удавалось – шахтеры были вынуждены работать в холодной воде. Такая работа была одной из самых тяжелых.
Первый относительно действенный способ удаления воды из выработки – использование устройства под названием нория. Нории – это механизмы подъема жидкости, представляющие собой ковшовые элеваторы. Цепочку с ковшами приводил в действие человек, бегавший в большом барабане, напоминающем беличье колесо. Позже механизм стали приводить в действие силой животных. С помощью устройства можно было вычерпывать воду с глубины до 20 м.
Небольшую революцию в горном деле произвели поршневые насосы – благодаря им шахтеры получили доступ к более глубоким залежам руды и угля.
В 17 веке выработки стали еще глубже, и растущие объемы добычи привели к внедрению в процесс извлечения ископаемых тачки и вагонетки. До этого санки с породой тащили рабочие-«саночники».
В 19 веке «саночников» заменили на лошадей. Рабочих, управляющих животными, называли коногонами. Лошади в шахте узнавали хозяина по звуку голоса. Животные долго привыкали к голосу рабочего – из-за этого коногоны предпочитали работать с одной и той же лошадью.
Взрывы рудничного газа
На протяжении всей истории горнодобывающей отрасли рудничный газ был одной из самых серьезных проблем в каменноугольных шахтах. Метан, смешивающийся с кислородом, часто взрывался и представлял смертельную опасность для горняков. Кроме газа взрывоопасной была и угольная пыль.
Самый первый метод проверки выработки на загазованность – спуск в шахту с канарейкой, помещенной в клетку. Гибель птицы была индикатором наличия опасной концентрации рудничного и угарного газа в атмосфере шахты.
Сегодня рабочие контролируют чистоту воздуха с помощью газоанализаторов – стационарных и индивидуальных. В современные каски горняков устанавливают детекторы, анализирующие воздух и передающие информацию о его состоянии.
Освещение в шахтах
К середине 18 века в английских выработках появилось «вертушечное огниво» – источник ярких искр. Конструктивно устройство представляло собой стальной диск, который при быстром вращении высекал искры из кремня. Такой способ освещения пришел на смену открытому пламени от факелов или свечей. По какой-то причине шахтеры сочли искры более безопасными, хотя они также провоцировали взрывы.
В 1815 году английский физик Гемфри Дэви изобрел свою знаменитую лампу. Лампа Дэви сконструирована таким образом, что опасная смесь метана с воздухом, попадающая в лампу, воспламенялась внутри корпуса устройства – огонь не распространялся за пределы лампы.
Лампа Дэви была предшественником газоанализаторов – шахтеры подносили лампу к своду шахты, чтобы по размеру и оттенку пламени определить наличие взрывоопасной смеси в атмосфере.
Горное дело и наука
Во времена раннего капитализма владельцы шахт не принимали во внимание тяжелейшие условия работы горняков. Во многих шахтах температура поднималась до 34 °C. В подобных условиях горняк мог работать примерно 20 минут. Для владельцев выработок стало очевидным, что неспособность человека долго работать при такой температуре напрямую влияет на доход предприятия. Это побудило их начать вкладывать средства в вентиляционные системы.
В 1898 году русский ученый Б. И. Бойкий усовершенствовал технологию добычи угля, внедрив на шахтах систему вентиляции, состоящую из нескольких вентиляторов. Нововведения специалиста существенно улучшили условия работы горняков.
Система вентиляции в современной шахте
Многие века рабочие на шахтах рубили уголь кайлом и обушком, находясь в тесных забоях. Чаще всего им приходилось работать лежа или сидя. Но во второй половине 19 века, вместе с небывалым подъемом промышленности, техническое оснащение сильно изменилось. Шахтеры стали пользоваться буром, благодаря которому удалось осуществлять проходку выработок глубиной 200-300 м.
Но на смену кайлу и обушку пришли бур и отбойный молоток.
С изобретением электродвигателя и началом его промышленного использования началась электрификация шахт. Сегодня электромоторы являются частью подъемных механизмов лифтов-клетей, насосов и вентиляторов. С помощью буров, приводимых в движение электродвигателями, проделывают шпуры для размещения взрывчатых веществ. Взрывчатку детонируют электрическим запалом. Электрический свет стал полностью безопасной альтернативой прежним способам освещения. Электричество превратило выработки в технологичные предприятия.
Шахта 21-го века – это гигантский комбинат под землей.
Штреки прокладываются мощными проходческими комбайнами. Вывоз угля полностью механизирован – на вагонетках порода достигает скиповых подъемников, отправляющих груз наверх в отгрузочные бункеры. Забой освещен электрическим светом, врубовые машины производят врубы в массивных пластах горной породы. Трещат пневмоотбойники, движутся конвейерные ленты с углем. Лифты-клети доставляют горняков в забой. Сверху, над шахтой, находятся компрессорные станции, электростанции, системы подачи воздуха, горно-обогатительные комбинаты, железнодорожная инфраструктура.
Работа шахтера, испокон веков остававшаяся крайне тяжелой и рискованной, сегодня стала во многом автоматизированной. Мы применяем все достижения горной науки, делающие труд шахтеров комфортным и максимально безопасным.
Источник