Перспективы добычи угля подземным способом

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

Угольная отрасль России: перспективы и состояние дел

Мир разворачивается в сторону проектов «зеленой» энергетики. Но, несмотря на это, у России все еще остаются перспективы роста экспорта угля и, прежде всего, в страны Азиатско-Тихоокеанского региона. В последние два десятилетия добыча и экспорт этого вида топлива в нашей стране стабильно росли — в среднем на 2,9% и 9,6% в год соответственно. Сегодня колумнист «Реального времени» и экономист с многолетним банковским опытом Артур Сафиулин в очередной статье для нашего издания предлагает обсудить перспективы российской угольной отрасли, учитывая глобальные тенденции по снижению выбросов и потребления угля.

Общемировые тенденции на рынке угля

Уголь остается вторым по значимости видом топлива в мире, при этом является номером один по количеству выделяемого углекислого газа в атмосферу. Его доля стремительно снижается с 2014 года ввиду предпринимаемых мер по снижению парниковых выбросов. Только в 2020 году потребление угля снизилось на 7%. Возобновляемые источники энергии все более плотно входят в нашу жизнь. Политика так называемого «ответственного инвестирования» (английская аббревиатура ESG) заставляет инвестиционные фонды и банки отказываться от инвестирования в проекты, связанные с добычей и переработкой твердых углеводородов. Например, в конце 2020 года ОАО «РЖД» разместило так называемые «зеленые» облигации на 25 млрд рублей, но не все инвесторы смогли их приобрести, так как их экологическая политика не позволяет инвестировать в бумаги компании, чей грузооборот сформирован по большей части транспортировкой угля (на 44%).

Эти институты будут поднимать стоимость заимствований для текущих производителей, что несомненно приведет к схлопыванию многих новых проектов по разведке и разработке новых месторождений.

Только в одном Китае строится и планируется строительство угольных энергоблоков общей мощностью 250 ГВт. Фото Du Yu/Xinhua News Agency/eyevine/Redux

Все эти начинания способны свести на нет мировую угольную промышленность в некоторой отдаленной перспективе. Посудите сами — в энергобалансе Азиатско-Тихоокеанского региона уголь занимает 47%. А этот регион потребляет 44% мировой энергии. В энергобалансе Африки уголь занимает 22%, в ЕС — 13%, в СНГ — 14%. Сложно представить, что в ближайшие 10 лет что-то кардинально изменится: это все-таки вопрос нескольких десятилетий. Только в одном Китае строится и планируется строительство угольных энергоблоков общей мощностью 250 ГВт. И это при том что руководство страны в целом заявляет о постепенном отказе от угля в пользу более чистых видов топлива.

Давайте обратимся к статистике по структуре мирового производства энергии по видам топлива за последние 50 лет и прогнозным значениям на ближайшие 20 лет.

1. Нефть — традиционно на первом месте, доля в балансе падает с 47% в 1970 году до 32,7% в 2020 году с прогнозом снижения до 27,2% в 2040 году.
2. Газ делит второе-третье место с углем, доля в балансе растет с 17% в 1970 году до 23,6% в 2020 году с прогнозом роста до 25,8% в 2040 году.
3. Уголь — традиционное второе место, хотя газ вытесняет этот вид топлива. Доля в балансе падает с 30,1 % в 1970 году до 26,4% в 2020 году с прогнозом снижения до 20,3% в 2040 году.
4. Атомная энергия — доля в балансе растет с 0,4% в 1970 году до 4,7% в 2020 году с прогнозом снижения до 4,3%. Мир все-таки побаивается этого вида энергии: слишком опасна эксплуатация.
5. Гидроэнергия — доля в балансе выросла незначительно с 5,5% в 1970 году до 6,9% в 2020 году с прогнозом небольшого роста до 7% в 2040 году.
6. Возобновляемые источники энергии (ВЭИ) — доля в балансе растет с 0,1% в 1970 году до 5,6% в 2020 году с прогнозом роста до 15,4% в 2040 году.

Россия занимает второе место в мире по запасам угля после США. Фото wikipedia.org

Текущее состояние отрасли в России

По состоянию на 2020 год, Россия занимает второе место в мире по запасам угля после США. По прогнозам, с учетом текущего объема добычи в размере 440 млн тонн в год, запасов хватит на 370 лет. Отрасль обеспечивает большое количество рабочих мест (150 тыс. человек, еще 500 тыс. человек заняты в смежных отраслях), приносит существенный объем экспортной выручки в страну (4%).

Позиции российских угольных компаний конкурентны по себестоимости, что позволяет проходить времена низких цен на рынке. Волатильность цен на уголь является основным риск-фактором этой индустрии. Угольная отрасль — первая в нашем ТЭК, которая прошла путь реформ от дотационной до полной адаптации к рыночным конкурентным условиям. Были проведены реструктуризация, обновление основных фондов, повышение производительности. В отрасли представлены в основном частные компании, которые осуществляют добычу и поставку угля на внутренний рынок для нужд энергетиков и металлургов и на рынки Европы, Азии, Ближнего Востока. Активно развиваются новые месторождения, строятся терминалы по перевалке угля. За последние 5 лет объем добычи вырос в 1,3 раза, было введено порядка 300 млн тонн новых добывающих мощностей. В отрасли оперируют 58 шахт и 133 разреза, половина которых введена в эксплуатацию после 2000 года. По прогрессивной технологии «шахта-лава» работают 42 шахты. Это очень высокий показатель.

Топ-5 производителей угля:

1. АО «СУЭК» (абсолютный лидер с добычей в 105 млн тонн в год),
2. АО «УК «Кузбассразрезуголь»,
3. EVRAZ plc,
4. АО ХК «СДС-Уголь»,
5. Группа «Сибантрацит».

В России представлены как энергетический, так и коксующий уголь (для металлургов). По объемам добычи и экспорта энергетический уголь лидирует.

По прогнозам, добыча угля в России к 2035 году составит от 485 до 668 млн тонн. Фото ukzarechnaya.ru

В структуре энергобаланса России уголь занимает третье место с 12%. На первом — газ (54%), на втором — нефть (22%). Гидроэнергия и атомная энергия делят четвертое-пятое места с 6% каждая.

По прогнозам, добыча угля в России к 2035 году составит от 485 до 668 млн тонн в зависимости от сценария (консервативный/оптимистический). Все будет зависеть от потребления угля в коммунально-бытовом секторе, электроэнергетике, цен на международном рынке, затрат на производство и экспорт угля.

Цены на уголь в будущем будут определяться глобальным снижением спроса и средней себестоимостью добычи, так как дешевый уголь (в плане добычи) в мире заканчивается. Не стоит ожидать краха индустрии. Более того, из-за низкой себестомости добычи российского угля наши производители способны выдержать периоды низких цен, работая с нулевой рентабельностью, пока рынок не восстановится. А это произойдет в любом случае, так как низкие цены заставят покинуть рынок более «дорогих» производителей, тем самым уменьшив предложение, — классический пример «руки рынка» Адама Смита.

Для инвесторов рекомендую присмотреться к компаниям EVRAZ Plc и ПАО «Мечел» — они производят коксующий уголь, который продается гораздо дороже обычного при схожих затратах по добыче.

Перспективы

С учетом глобальных тенденций по переходу на более чистые виды топлива и новые правила по привлечению финансирования компании этого сектора ждет непростое будущее. Опять же, этот процесс не сиюминутен, есть время адаптироваться. Примером служит АО «СУЭК», который построил пылеветрозащитные экраны в порту Мурманска (являющегося основным портом перевалки экспортного угля). Помимо этого, компании отрасли ведут программы по разработке месторождений высококалорийного угля и обогащению угля, чтобы минимизировать выбросы пыли и углекислого газа во время транспортировки и сжигания угля; рекультивации земель, где закончилась добыча; модернизации энергетических активов для снижения выбросов углекислого газа. Посмотрим, насколько эти меры смогут изменить отношение к угольной отрасли со стороны сторонников декарбонизации.

Экспорт российского угля растет последние 15 лет вне зависимости от текущих цен на уголь. Фото seanews.ru

Китай, который в настоящий момент практически исчерпал свои собственные запасы угля и импортирует немало для угольной генерации, сделает упор на природный и сжиженный газ и ВИЭ. Этот рынок для наших поставщиков угля под вопросом. Рынки Японии, Индии, Европы импортируют большое количество угля, на них есть перспектива на ближайшее 10—15 лет. Полностью отказаться от угля не получится в любом случае.

Экспорт российского угля растет последние 15 лет вне зависимости от текущих цен на уголь. В 2005 году было перевалено 40 млн тонн, в 2019 — уже 180 млн тонн угля. Основные направления перевалки — Балтика и Дальний Восток. Активно расширяется железнодорожная и портовая инфраструктура на Дальнем Востоке: расшивка узких мест на БАМе и Транссибе, строительство новых перевалочных портовых терминалов для увеличения перевалочных мощностей с 60 до 180 млн тонн в год.

В целом надо признать, что перспективы российской угольной отрасли несколько туманны, но не критичны в ближайшем будущем. Будет спад экспорта, внутреннего потребления, но цены останутся на высоком уровне, так как производители из развитых стран будут покидать рынки из-за фактического запрета их продукции, а их недешевый уголь не нужен в странах третьего мира. Их место займут наши компании. Вообще, по моему мнению, наша угольная промышленность будет последней в мире на выход с рынка. Себестоимость позволяет держать ценовой удар. Будет интересно понаблюдать за развитием событий.

Справка

Мнение автора может не совпадать с позицией редакции «Реального времени».

Источник