Гидравлический способ добычи угля как

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:

• 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

Гидравлическая добыча угля

Гидравлическая добыча угля (гидродобыча) – это разработка угольных месторождений, в основном подземным способом, при которой выемка, транспортирование и подъем угля на поверхность выполняются с использованием энергии воды. Данный способ позволил людям использовать недостаток подземной добычи угля – подземные воды – себе во благо.

Если же разрушение угля и пород производится механическим способом (рабочими органами горных машин), а вода выполняет только транспортную функцию, способ добычи называется механогидравлическим. Подземное горное предприятие, применяющее гидравлические или механогидравлические технологии добычи угля, называется гидрошахтой.

Технология гидродобычи угля включает:

— разрушение (гидроотбойку) угля в горных выработках водными струями, которые формируются в гидромониторах,

— перенос полезного ископаемого потоком воды до подземного резервуара — гидрокамеры,

— подъем смеси воды и угля (пульпы) на поверхность шахты специальными насосами,

— транспортировку по трубопроводам до места переработки (обезвоживания, обогащения). После очистки в прудах-отстойниках вода под давлением опять подается к гидромониторам.

Гидромонитор похож на маленькую пушку без колес. Посредством мощного насоса вода под сильным давлением подается к гидромонитору. Водяная струя, с ревом вырывающаяся из узкого жерла, бьет с такой силой, что разрушаются самые прочные породы, чем успешно пользуются для размытия котлованов под гидростанции, намытия дамб плотин, добычи торфа и угля.

Для мощных пластов угля советскими инженерами были созданы специальные, похожие на танки, водометы, где поступающая по гибкому шлангу вода, находящаяся под большим давлением, вырывается несколькими бьющими с такой силой струями, что они уже буквально скалывают, а не размывают куски угля, еще и движут гусеницы такого «танка».

С 1990-х годов применяют также такую технологию гидродобычи угля, при которой уголь транспортируется водой от места разрушения до подземного обезвоживающего устройства, где происходит отделение угля от воды. При этом разрушение угля производится механическим (высокопроизводительными комбайнами) или гидравлическим (дистанционно-управляемыми агрегатами резания угля тонкими струями с давлением воды до 81 МПа) способами. Затем уголь выдается на поверхность средствами шахтного транспорта, а вода насосами по трубопроводам возвращается к комбайнам или гидроагрегатам. Такая технология в большинстве случаев позволяет получать из шахты обогащенный уголь.

Впервые гидродобыча угля в подземных условиях осуществлена в СССР на шахте Донбасса по инициативе инженера В. С. Мучника (1935-36). Первая гидрошахта построена в Донбассе (1939). В 1965-67 вступили в эксплуатацию первые крупные шахты с полным технологическим циклом гидродобычи угля: «Юбилейная» и «Инская» (Кузбасс), «Красноармейская» (Донбасс) и др. К 1985 году в СССР действовало 10 гидрошахт; к 2002 году в России — 3 гидрошахты и 4 гидроучастка в Кузбассе. В 2002 г. объем гидродобычи угля в Российской Федерации составил 2,81 миллионов тонн (1,12% от общего объема угледобычи). На сегодняшний день около 5% угля, добываемого в Кузбассе, извлекается гидравлическим способом.

За рубежом впервые подземная гидродобыча угля была осуществлена в Китае в 1950-х годах (к 2002 г. в КНР этим способом добывали более 20 миллионов тонн угля в год). Позднее гидродобыча угля в различных объемах применялась в Канаде, ФРГ, Новой Зеландии, Японии, Польше и др.

В горных отраслях крупнейших угледобывающих стран (США, Китай, Австралия и др.) инновации в области добычи угля с применением энергии воды высокого давления считаются одним из самых перспективных направлений технологического развития отрасли.

Конечно, для добычи угля силу воды использовать можно далеко не всегда. Но если условия позволяют, гидромониторы эффективно работают в угольных шахтах, обрушивая струи воды на угольный пласт и дробя его, а вытекающий из забоя поток воды выносит куски угля на поверхность. Такая механизация добычи угля, называемая гидромеханизацией, чрезвычайно удобна. Она способна заменить трудоемкий и опасный процесс добычи угля шахтерами, вместо которых разрушительной и подъемной силой выступает вода.

Гидродобыча считается одним из самых респектабельных способов, но у нее есть и некоторые недостатки. К минусам данного способа добычи угля относят следующие:

— постоянный контакт рабочих инструментов и механизмов с водой;

— определенные трудности при замене или починке рабочего оборудования;

— зависимость процесса добычи угля от толщины, угла наклона и твердости горной породы.

Тем не менее, гидравлическая добыча обладает рядом преимуществ:

— благодаря повышенной влажности в гидрошахтах значительно снижается вероятность взрывов угольной пыли;

— для отработки крутых пластов, а также нарушенных участков пологих и наклонных пластов гидродобыча по уровню эффективности и безопасности превосходит обычные («сухие») способы добычи;

— по сравнению с традиционной «сухой» технологией, себестоимость угля, добытого гидравлическим способом, до 3-х раз ниже, а труд рабочих в 2-3 раза производительнее.

Источник