Какие основные способы добычи угля

Самый эффективный способ добычи угля

Уголь – это полезное ископаемое и один из важнейших топливных ресурсов. Добывать его в промышленных масштабах начали еще в конце XIX века. В этой статье пойдет речь о главных местах и способах добычи угля в современном мире. Мы расскажем о том, какие страны являются лидерами по разработке этого ресурса. Помимо всего прочего, вы узнаете, какой способ добычи угля может считаться самым эффективным и дешевым.

Уголь и его добыча

Уголь – разновидность твердого топлива, органическое вещество, в основе которого лежит химический элемент углерод. Международное его название происходит от латинского слова carbo. Уголь считается первым видом ископаемого топлива, который был использован человеком разумным.

Уголь – это не что иное, как остатки богатой растительности, оставшейся от более древних геологических эпох. Со временем эти растительные массы опустились под землю на значительную глубину. Там они подверглись медленному разложению и метаморфизации под воздействием высоких температур и в условиях отсутствия кислорода.

В зависимости от содержания углерода выделяют три основных типа угля:

• Бурый уголь (содержание углерода не более 75 %).
• Каменный уголь (75–95 %).
• Антрацит (свыше 95 %).

Примерно с 60-х годов прошлого века наблюдается общемировая тенденция к снижению объемов добычи угля. Данный топливный ресурс постепенно вытеснили нефть и газ. Но когда цены на нефть на мировом рынке растут, то использование угля как энергоносителя также заметно возрастает.

Главные месторождения и способы добычи каменного угля

Крупнейшие угольные бассейны планеты:

• Тунгусский (Россия).
• Канско-Ачинский (Россия).
• Донбасс (Украина, Россия).
• Кузбасс (Россия).
• Иллинойский (США).
• Рурский (Германия).
• Верхнесилезский (Польша).
• Дамодарский (Индия).

Россия обладает колоссальными запасами каменного и бурого угля. Правда, довольно часто их пласты залегают в труднодоступных районах, что осложняет процесс освоения данного ресурса. Самыми перспективными угольными месторождениями в РФ являются Элегестское и Эльгинское. Для разработки обоих месторождений может быть применен карьерный способ добычи угля.

По состоянию на 2013 год первая десятка стран по добыче угля выглядит следующим образом:

1. Китай (3680 млн тонн в год).
2. США (893 млн тонн).
3. Индия (605 млн тонн).
4. Австралия (478 млн тонн).
5. Индонезия (421 млн тонн).
6. Россия (352 млн тонн).
7. ЮАР (257 млн тонн).
8. Германия (197 млн тонн).
9. Польша (143 млн тонн).
10. Казахстан (115 млн тонн).

Если говорить о России, то в последние годы объемы добычи каменного угля здесь возрастают. Так, в 2017 году из недр страны было извлечено, в общей сложности, около 410 миллионов тонн этого энергоресурса.

Уголь сегодня добывается тремя основными способами:

• открытым (карьерным);
• закрытым (шахтным);
• гидравлическим.

Далее мы рассмотрим особенности, преимущества и недостатки каждого из вышеперечисленных способов.

Открытый способ

• невысокая себестоимость;
• относительная безопасность труда;
• на добычу одной единицы топлива затрачивается сравнительно немного времени.

• уголь, добытый таким способом, содержит в себе большое количество различных примесей;
• открытый способ наносит гораздо больше вреда окружающей среде.

Открытый способ добычи угля представлен карьерами и разрезами, которые могут иметь разную глубину и площадь. Карьерная добыча предполагает использование тяжелой техники: бульдозеров, драглайнов, дробильных установок, водяных пушек, роторных экскаваторов. В России открытым способом добывается около 75 % всего угля.

Закрытый способ

• относительная эколоичность;
• более высокое качество добытого угля;

• высокая затратность;
• небезопасность работы;
• большая доля ручного тяжелого труда.

Закрытый способ добычи угля требует огромных капитальных вложений. Ведь некоторые пласты залегают очень глубоко (на глубине до 1000 метров и более).

Гидравлический способ

Одна из главных опасностей в работе всех шахтеров – это вода, которая в любой момент может прорваться мощным потоком в шахтный ствол. Однако в 30-х годах ХХ века в СССР был разработан гидравлический метод добычи, который предполагал использование напора подземных вод для транспортировки добытого сырья на земную поверхность.

Сегодня гидравлическая добыча угля считается одним из самых перспективных и безопасных способов. Он значительно облегчает и без того трудный и опасный труд шахтеров. Согласно статистике, в современном мире добывается лишь 7,5 % угля при помощи гидравлического способа.

Какой способ добычи угля эффективнее?

Однозначного ответа на этот вопрос быть не может. Какой способ добычи угля стоит выбирать в каждой конкретной ситуации, будет зависеть от целого ряда факторов. Прежде всего, от глубины расположения пласта и его мощности (толщины).

Так, если угольный пласт находится на достаточно большой глубине, будет уместен шахтный способ его разработки. Если же полезное ископаемое залегает неглубоко и к тому же отличается большой мощностью, то целесообразнее будет использовать открытый способ добычи.

Если же говорить о финансовой стороне вопроса, то подземный способ добычи угля является более затратным в сравнении с карьерным.

Что такое «копанка»?

В наше время существует еще один, архаичный и довольно экзотический, способ добычи угля. Речь идет о так называемых копанках.

Копанка – это кустарное и, как правило, нелегальное предприятие по добыче угля. Чаще всего это небольшая шахта. Копанки распространены в тех районах, где промышленная разработка угольных пластов уже прекращена.

Копанки являются одним из символов современного Донбасса. Некоторые жители Донецкой и Луганской областей Украины умудряются извлекать уголь из земных недр прямо на своих приусадебных участках. Более-менее крупные копанки приносят своим хозяевам солидный «улов» – около 300 тонн твердого топлива в год.

Источник

Уголь: свойства, способы переработки, применение

Уголь представляет собой полезный минерал, используемый в качестве топлива, а также сырья для ряда отраслей промышленности.

Современная теория углеобразования называет в качестве источников возникновения угля, накопившиеся в болотах растения; а также битумные массы, излившиеся на поверхность Земли в результате происходивших тектонических процессов. Те и другие постепенно опускались вглубь земных недр, где под воздействием высокого давления и температуры, без доступа кислорода, они подвергались структурным изменениям. Предположительно, процесс происходил в девонский, каменноугольный и пермский периоды палеозойской эпохи, примерно 300-400 миллионов лет назад. Исходным материалом для формирования угольных пластов выступал торф.

Некоторым подтверждением данной теории является факт добычи трёх основных видов углей, извлекаемых из разно уровневых глубин земной коры и имеющих различные степени фаз углеобразования – углефикации:

• Низшая. Бурый уголь. Полезное ископаемое, содержащее значительное количество летучих веществ и воды, а поэтому имеющий низкую теплоту сгорания 13-25 МДж/кг. Глубина залегания составляет 1 км.
• Средняя. Каменный уголь. Наиболее распространённый среди углей вид энергетического топлива, обладающий теплотой сгорания 27 МДж/кг. По сравнению с бурым углём имеет более низкое содержание воды, и залегает на глубинах до 3 км.
• Высшая. Антрацит. Содержит максимальное количество углерода, поэтому теплота сгорания располагается в пределах: 26,8 – 34,8 МДж/кг. Залежи этого полезного ископаемого размещены глубоко под землёй (до 5 км внутрь земной коры). Благодаря этому содержание воды в составе минерала не превышает 3%.

Добыча угля

Процесс угледобычи достаточно сложен в плане технологии и требует больших затрат для привлечения техники и ресурсов. Современная индустрия располагает тремя основными способами добычи этого полезного ископаемого:

• Карьерным, посредством организации разреза.
• Шахтным методом. С помощью строительства ряда подземных сооружений.
• Гидравлическим. С использованием жидкостных струй, как в качестве разрушителей пластов, так и в качестве транспортирующего материала.

Шахтный способ

Один из наиболее старых и высокотехнологичных для настоящего времени методов добычи полезных ископаемых. При глубинном залегании угля (свыше 500 метров под землей) вскрышные работы потребуют колоссальных затрат. Поэтому наиболее рентабельным является сооружение шахты с последующей прокладкой горизонтальных проходов.

После организации технологического процесса: укрепления стен и прокладки рельсов, обеспечения вентиляции и удаления воды, запуска в работу проходческих врубовых и очистных комбайнов, начинается добыча угля и транспортировка его на поверхность.

Шахтный способ достаточно дорог и небезопасен, хотя и обеспечивает большие объёмы выработки высококачественного сырья, не нанося существенного экологического ущерба окружающей среде.

Карьерный способ

Способ, используемый в случаях неглубоко залегания пород (до 500 метров в глубину недр).

С помощью гусеничных или рельсовых драглайнов (кранов со стрелой и ковшом) производится первичное вскрытие грунта с последующей транспортировкой его в близлежащие отвалы. После чего уголь извлекается и отправляется на переработку и обогащение. Когда месторождение полностью осваивается, происходит обратный процесс возвращения пустой породы на место изъятия. Территория благоустраивается и озеленяется, чтобы в последующем гармонично вписаться в окружающий ландшафт.

Недостатком метода является низкое качество добываемых углей и наносимый природе значительный экологический ущерб.

Переработка и обогащение угля

Так как ископаемые угли содержат в своём составе ряд минеральных примесей, а требования к качеству энергетического топлива резко возрастает, то возникает необходимость дополнительной очистки добытого полезного ископаемого. Это процесс носит название обогащения.

Переработка представляет собой ряд технологий, предназначенных для превращения обогащённого угля в высококачественное топливо. В её основе лежат методы:

• Пиролиза или коксования, то есть высокотемпературного нагрева без доступа воздуха.
• Полукоксования – низкотемпературного коксования.
• Деструктивной гидрогенизации – процесса получения «синтетической нефти» под воздействием водорода при температуре в 400-500 0 C.
• Газификации – перевода твёрдого угля в газ посредством высокотемпературного нагрева с присутствием продуктов разделения воздуха: водорода, кислорода, углекислого газа и водяного пара.
• Плазмохимической переработки – перспективнейшего способа, позволяющего получать жидкое топливо и ряд особо ценных химических соединений в виде кремнийсодержащих веществ и ферросилиция.

Подготовка

Первичный этап обогащения, выполняемый на горно-обогатительных фабриках, целью которого является выявление компонентов, содержащих уголь и доведение их до нужного уровня крупности.

Происходит это при помощи:

• Грохотов – устройств, содержащих в себе короба с ситами или решётки с отверстиями заранее заданных размеров.
• Классификаторов – агрегатов разделения угля на фракции в жидкой среде, посредством всплытия мелких лёгких частиц и оседания более крупных и тяжёлых.
• Дробилок – установок измельчения.

В результате чего получаются стандартные по уровню крупности виды угля:

• размерами более 100 мм – плитный;
• 50-100 мм – крупный;
• 26-50 мм – орех;
• 13-25 мм – мелкий;
• 6-13 мм – семечко;
• меньше 6 мм – штыб.

Уголь нестандартных размеров носит название рядового.

«Простое» обогащение

Метод включает в себя ручной отбор кусков нужного вида или размеров, а также отсеивание с помощью скольжения и падения с наклонной плоскости.

Флотация

Способ, основанный на всплытии в жидкой среде пены, образованной частицами, покрытыми жирными продуктами переработки углеводородов (реагентами) с прилипающими к ним воздушными пузырьками. Образовавшийся минерализованный пенный слой удаляют, очищают, высушивают и используют в качестве угольного концентрата.

Гравитационное обогащение

Данный вид обогащения использует различие физических свойств частиц, имеющих разнообразную плотность и геометрические размеры. Понятно, что столь неодинаковые в весе и габаритах куски породы будут приобретать различную скорость движения в жидкости или воздухе. В результате чего в первичный продукт разделяется на концентрат и отходы – миксты. Отходы могут быть отправлены на повторное обогащение или использованы в качестве низкокалорийного топлива.

Применение

В энергетике

Три четверти мировой добычи угля расходуется на энергетические цели. Половина данного направления использования этого вида топлива сгорает в топках котлов тепловых электростанций, существенная часть обеспечивает жилищно-коммунальные нужды, в меньшей степени уголь сжигают котельные отдельных районов и промышленных предприятий.

Ещё совсем недавно самое распространённое на Земле топливо, играло ведущую роль в мировой экономике. Сегодня позиция угля несколько потеснили природный газ и нефть. Хотя и сейчас 40% электроэнергии вырабатывается за счёт сжигания угля, а в Индии и Китае этот показатель доходит до 75%, в южных странах Африки – до 94%.

Основными недостатками использования данного вида топлива являются:

• Огромный расход ресурса. Чтобы выработать 1000 МВт электроэнергии, требуется 9000 тонн угля. Фактически – это гигантский железнодорожный состав из 90 вагонов, ёмкостью по 100 тонн каждый!
• Загрязнение воздуха серой и оксидом азота. В процессе сжигания угля выделяется к тому же метан и углекислый газ. Учитывая тот фактор, что в качестве энергетического топлива в значительной степени выступают низкосортные марки этого полезного ископаемого, проблема усугубляется.
• Необходимость удаления и утилизации золы, что наталкивается на серьёзные технологические и финансовые проблемы.
• Использование больших объёмов воды, которые в последующем необходимо тщательно очищать. Но даже в этом случае наносится существенный вред окружающей природной среде.

В строительстве

Строительная отрасль использует этот природный ресурс по нескольким направлениям.

Прежде всего, уголь находит применение в процессе производства строительных материалов: цемента, известняка, глинозёма. Кроме того, отходы переработки и сжигания этого минерала активно употребляются в качестве заполнителей при выполнении земляных работ, а также – для изготовления кровельных, облицовочных, стеновых материалов. Также имеет место использование этого материала в качестве гигроскопического средства, позволяющего нейтрализовать вредные запахи и нормализовать уровень влажности в помещениях.

В медицине

Медицинский аспект применения активированного угля основан на его свойствах – связывать и выводить из организма яды и вредные вещества, что является крайне необходимым при целом ряде заболеваний и отравлений.

В дополнение к этому можно отметить его фильтрующие свойства при очистке воды и воздуха.

Месторождение в России и мире

Десятка крупнейших мировых месторождений угля выглядит следующим образом:

• Тунгусский бассейн с запасами в 2,299 трлн. тонн занимает в списке первое место. Россия. Иркутская область, Красноярский край, Республика Саха (Якутия).
• Ленский бассейн площадью 750 тыс. км 2 с запасами в 1,647 трлн. тонн располагается на втором месте. Россия. Центральноякутская низменность.
• Канско-Ачинский бассейн с 638 млрд. тонн и протяжённостью в 800 км по Транссибу занимает в списке третье место. Россия. Красноярский край, Иркутская и Кемеровская области.
• Кузбасс – 635 млрд. тонн. Россия. Кемеровская область, Алтайский край, Новосибирская область.
• Иллинойский бассейн – 365 млрд. тонн. Площадь бассейна составляет 122 тыс. км 2 . США. Штаты Иллинойс, Кентукки, Индиана. 9 пластов, из которых 2 дают 90% продукции: «Харрисбург», «Херрин».
• Рурский бассейн – 287 млрд. тонн, 6,2 тыс. км 2 . Германия. Один из старейших угольных районов мира, где добыча началась ещё в XIII веке.
• Аппалачский бассейн – 284 млрд. тонн, 180 тыс. км 2 . США. Штаты: Алабама, Западная Виргиния, Кентукки, Мэриленд, Огайо, Пенсильвания.
• Печорский бассейн – 265 млрд. тонн, 90 км 2 . Россия. Ненецкий АО и Республика Коми.
• Таймырский бассейн – 217 млрд. тонн, 80 тыс. км 2 . Россия. Полуостров Таймыр.
• Донбасс – 141 млрд. тонн, 60 тыс. км 2 . Украина, Россия, ДНР и ЛНР.

Всего в мире насчитывается 50 месторождений, ведущих активную угледобычу.

Запасы угля в России

Общие геологические запасы угля на территории Российской Федерации оцениваются в 4 трлн. тонн. Это одна треть мировых запасов. Однако значительная их часть располагается в районах вечной мерзлоты и недоступна к разработке.

Утверждённой в 2020 году программой развития угольной промышленности России, предусматривается увеличение добычи этого природного полезного ископаемого с 435 млн. тонн в 2018 году до 485 млн. тонн, а в дальнейшем – до 668 млн. тонн ежегодно.

Страны, добывающие уголь

Лидерами по объёмам добычи угля, согласно данным «Статистического обзора мировой энергетики», в 2019 году стали:

• Китай – 3 846 млн. тонн.
• Индия – 756,4 млн. тонн.
• США – 639,8 млн. тонн.
• Индонезия – 610,0 млн. тонн.
• Австралия – 506,7 млн. тонн.
• Россия – 440 млн. тонн.
• ЮАР – 254,3 млн. тонн.
• Германия – 133,9 млн. тонн.
• Казахстан – 115,4 млн. тонн.
• Польша – 112,4 млн. тонн.

Источник