Какие существуют способы добычи угля география 9 класс

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

География

План урока:

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

Какие есть способы добычи угля?

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

Открытый способ

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

• нагорная;
• глубинная;
• нагорно-глубинная;
• поверхностная.

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

Закрытый способ (шахтный)

Всем известно, что ценные залежи этого «черного» топлива залегают на больших глубинах, поэтому здесь используется нечто иной способ — шахтный. Такой вид добычи довольно опасный, трудоёмкий и затратный.

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

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

Запасы и добыча

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

Кемеровская область

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

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

Красноярский край

Около 40% балансовых ресурсов и более 25% уже освоенных запасов Российской Федерации числится на этой территории. 85% — это каменный уголь,14% — бурый и менее 1,4 % составляют антрациты.

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

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

Якутия

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

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

Сахалин

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

Республика Коми

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

В месторождениях Республики Коми залегают разные виды угля:

• 75% — каменный уголь;
• 19% — бурый;
• 3% — антрациты.

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

Сфера применения угля и его значение

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

Около 25% каменного угля в России используется в технологических сферах на промышленных предприятиях. Оставшиеся 75% применяются в энергетических целях. Большая часть этого объема идет на тепловые электростанции, остальное — на районные и промышленные котельные, также на сельскохозяйственные и коммунально-бытовые нужды. Россия находится на пятом месте по потреблению угля.

Отопление

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

Получение жидкого топлива

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

В результате переработки угля получают:

После на этой основе изготовляют карбид кальция, толуол, нафталин, антрацен, бензол. А именно эти компоненты входят в состав парфюмерной продукции, пластмассы, лекарственных препаратов, растворителей, взрывчатки.

Стоимость угля

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

Антрацит АКО (Антрацит крупный орех):

• за 50 кг каменного угля — 650 руб.;
• за тонну вроссыпь – 10500 руб.;
• за тонну в мешках — 12500 руб.

Уголь ДОМ (Длиннопламенный):

Уголь ССПК (Слабоспекающийся плитный крупный):

• за 50 кг мешок — 500 руб.;
• за тонну вроссыпь — 8500 руб.;
• за тонну в мешках — 9000 руб.

Уголь ТПК (Тощий плитный крупный):

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

• за 50 кг угля — 350 руб.;
• за тонну вроссыпь – 6500 руб.;
• за тонну в мешках — 6900 руб.

Цены на продукцию регулирует министерство угольной промышленности страны.

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

Воздействие угольной промышленности на окружающую среду

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

• Основными загрязнителями окружающей среды являются вентиляционные системы шахт, воздухоочистительные системы и т.д.
• Добыча угля кардинально меняет гидрологический режим подземных и поверхностных вод и от этого водные ресурсы истощаются.
• В подземные и поверхностные воды попадают стоки от предприятий угольной промышленности и населенных пунктов, из-за этого происходит загрязнение водных ресурсов, страдает экология. Эксперты подсчитали, что около 20% сточных вод выбрасываются без очистки, а остальные 80 % — малоочищенными.
• Добыча угля приводит к загрязнению воздуха газами, угольной пылью и золами. Также негативное влияние оказывают шахты и промышленные предприятия, которые используют уголь в качестве топлива.

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

Перспективы развития угольной промышленности

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

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

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

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

Источник