Разработка угля закрытым способом

Факультет: Энергомеханики и автоматизации

Специальность: Автоматизированное управление технологическими процессами

Тема выпускной работы: Обоснование параметров и разработка технических решений в области автоматического телеконтроля рабочих параметров и сбора технологической информации электродвигателя угольного комбайна

Руководитель: доцент кафедры ГЭА Новиков Евгений Николаевич

Перевод статьи из Википедии

Угольная промышленность

1 Методы добычи

1.1 Современная разработка открытым способом

1.2 Подземные разработки

Методы добычи

Самый экономичный метод добычи угля из угольного пласта зависит от глубины и качества пластов, а также геологии и факторов влияния внешней среды области добычи. Процессы угледобычи, как правило, дифференцируют по тому, происходят они на поверхности или под землей. Много угля, добытого как на поверхности, так и под землей, требует промойки в обогатительных фабриках.

Современная разработка открытым способом

Когда угольные пласты находятся близко к поверхности, экономичнее добывать уголь используя открытые выемки (они также называются карьером или открытой разработкой) подземного способа. Обычно для добычи угля используется разработка открытым способом. Вскрышные работы обнажают уголь продвижением открытой разработки. Земля над угольным пластом называется вскрышным слоем грунта. Участок вскрышного слоя грунта рядом с ранее добытым участком — обычно пробуренный. Шпуры наполнены взрывчатыми веществами и взрываются. Вскрышные слои грунта затем удаляются, используя большое землеройное оборудование, как например канатный скребковый экскаватор, лопату и грузовики, экскаватор и грузовики, и конвейеры. Эти вскрышные слои грунта помещаются в ранее разработанный (и на данный момент пустой) участок. Когда весь вскрышный слой грунта перемещен, нижележащий пласт будет выставлен как участок, называемый ‘целиком’. Этот ‘целик’ угля может быть пробурен и взорван (если уголь твердый) и нагружен на грузовики или конвейеры для транспортировки к обогатительной фабрике. Как только на этом участке выгрузится уголь, процесс повторяется на новом участке, открытым рядом с этим.

Разработками открытым способом добывается большая часть месторождений, чем подземными способами. Добытые открытым способом угольные шахты могут занимать много квадратных километров.

Из большинства карьеров в США извлекается битуминозный уголь. В Южном Уэльсе открытыми разаработками ведется добыча энергетического угля и антрацита. В Австралии и Южной Африке разработки открытым способом используются для добычи как энергетического, так и коксующегося угля. Разработки открытым способом занимают около 80% добычи в Австралии, в то время как в США этот способ занимает около 67% добычи. В мировом масштабе около 40% добычи ведется разработками открытым способом.

Добыча угля с вершин гор является формой открытого способа разработки и является способом, который обычно применяется в Аппалачии в США. Использованный в течение предыдущих 30 лет, такая добыча включает в себя разработку самой высокой части горы для максимального извлечения угля. Процесс чрезвычайно спорен в связи с топографическими условиями (практикуется заполнение пусоты пустой горной породой) и закрытием потоков и разрушением экосистем.

Подземные разработки

Большинство угольных пластов находятся слишком глубоко под землей для добычи открытым способом и разработка таких пластов ведется подземным способом. Подземные разработки в настоящий момент занимают около 60% мировой добычи угля. При подземной добыче камерно-столбовым способом выработки продвигатся вдоль пласта угля, в то время как целики и крепежный лес остаются для поддежания кровли. Как только шахта с камерно-столбовой системой разработки была разработана до пункта задержки (ограниченного геологией, вентиляцией или экономикой), обычно начинается новый вариант камерно-столбовой разработки, называемый второй стадией выемки, или выемкой обратным ходом. Это когда шахтеры извлекают уголь в целиках, таким образом добывая столько угля из угольного пласта, сколько возможно. Рабочий участок, включающий в себя выемку целиков, называется секцией целика. Современные секции целика используют аппаратуру с дистанционным управлением, в том числе большие гидравлические передвижные механизированные крепи, предотвращающие обрушение кровли, пока шахтеры и другое оборудование не оставили рабочий участок. Передвижные поддерживающие крепи подобны большому обеденному столу, но с гидравлическими домкратами для ног. После того, как большие целики угля добыты, стойки передвижной крепи укорачивают, и передвижные поддерживающие крепи передвигаются в безопасную область. Кровля вырабтоки обычно обваливается, как только передвижные поддерживающие крепи покидают участок.

Основные четыре способа подземной разработки:

— Разработка лавами занимает около 50% подземной добычи. Выемочные комбайны в лаве имеют размеры 1,000 футов (300 м.) и более. Это сложная машина с вращающимся барабаном, который механически передвигается назад-вперед поперек широкого угольного пласта. Разрушившийся уголь падает на рештак, который переносит уголь к ленточному конвейеру для вывоза из рабочего участка. Сплошные системы разработки имеют свои собственные гидравлические механизированные крепи для покрывающей породы, которые продвигаются с комбайном при продвижении горных разработок. Когда горное оборудование передвигается вперед, покрывающим породам, уже не поддерживаемым углем, который был удален, позволяется обрушиваться контролируемым способом за разработкой. Поддерживающие стойки делают возможным высокий уровень производства и безопасности. Датчики определяют, сколько угля остается в пласте, в то время как автоматизированный контроль повышает эффективность. Спллошные системы разработки допускают 60-100% скорость выемки угля там, где окружающая геология позволяет их использование.

— Непрерывная выемка. Используют машину с большим вращающимся стальным барабаном, оснащенным зубьями из вольфрамового карбида, которые сошкребают уголь от пласта. Действуя камерно-столбовым способом разработки – когда шахта делится на ряды 20-30 футовых “камер” или вырезаются рабочие участки в угольных пластах — можно добывать до пяти тонн угля в минуту – больше, чем немеханизированный шахтер 1920-х годов производил бы за целый день. Комбайнами непрерывного действия добывается около 45% угля при подземной добыче, а также используют конвейеры для транспортировки добытого угля от пласта. Дистанционно управляемые горные комбайны непрерывного действия используются для работы в разнообразных трудных пластах и условиях, и автоматизированные варианты, управляемые компьютерами, становятся все более и более применимыми.

— Способ разработки взрывом – наиболее старая практика, которая использует взрывчатые вещества, как например динамит, чтобы разрушить угольный пласт, после чего уголь собирается и загружается на самоходные вагонетки или конвейеры для перевозки в центральный погрузочный пункт. Этот процесс включает ряд действий, которые начинаются с “производства вруба” в угольном пласте, пэтому его легче разрушить, когда он взрывается взрывчатыми веществами. Сегодня этот вид добычи составляет менее чем 5% общей подземной добычи в США.

Источник

Современные способы добычи угля

Уголь – это разновидность полезных ископаемых, используемых в промышленности, сельском-хозяйстве, электроэнергетике и пр. Добыча угля требует больших затрат ресурсов и техники, зато в результате из него производят искусственные волокна, пластмасс, кокс и др. Его также используют для изготовления топлива, что становится отличной альтернативой переработке нефти.

История добычи угля

Уголь известен еще с античных времен, первооткрывателями считаются Грецию и Китай. Изначально его использовали для отопления сооружений и построек, а позже – в процессе выплавки металлов. Постепенно данное полезное ископаемое стало заменять собой дерево и другое отопительное сырье.

О происхождении угля ходило много легенд. Одни считают, что он образовался в результате извержения вулкана, другие – что это затвердевшая нефть.

Карьерный, шахтный и иные способы добычи угля были открыты не сразу. Ранее уголь добывался простым путем, с помощью самой простой техники, а в большинстве случаев, ручным трудом. Много полезных ископаемых было найдено в местах обрушения горных пород, а также на побережьях, во время приливов и отливов. Распознать уголь просто, он имеет черный цвет и переливается на солнце.

Добыча материала ручным трудом очень сложная и непосильна многим, поэтому с течением времени был разработан шахтный способ. Однако и он был небезопасным, именно поэтому на рудниках работали только низшие слои общества. Уголь начали использовать при обработке металла, производстве кирпича. Благодаря высокой теплоемкости, материал высоко ценился, предпринимались первые попытки его применения в качестве топлива на пароходах, автомобилях и другой технике.

Предположительно в 1491 году были организованы поиски данного полезного ископаемого. Результатом стало открытие залежей угля в горных массивах Печорского края. С того времени и по сегодняшний день, это самый большой рудник России.

Затем были открыты крупные рудники на Урале, Донбассе, Кузнецке и на Дальнем Востоке. Для добычи полезных ископаемых была задействована специальная техника, что значительно облегчило работу.

Уже в СССР угольная промышленность высоко ценилась, даже был введен праздник — День Шахтера. Уголь начали использовать для выработки энергии на теплоэнергостанциях.

Сейчас угольная промышленность не сбавляет обороты. Однако учеными было доказана высокая опасность ископаемого, ведь при его сгорании в воздух выбрасывается большое количество ядовитых веществ. В виду этого некоторые страны отказываются от использования угля.

Необходимость добычи угля

Основные сферы его использования – электроэнергия и металлургия. Уголь имеет большое значение и в производстве топлива, так как стоимость нефти и газа постоянно растет, и страны ищут недорогой, альтернативный способ их замены.

Более половины угля идет на производство топлива, все остальное задействовано в химической промышленности. Общий объем добычи полезного ископаемого в год достигает 5 млрд. тонн.

Помимо этого, уголь используют для изготовления:

синтетической горючей фракции;
метана;
углеводородных адсорбентов;
и пр.

Лидером в производстве данного вида топлива является Россия.

Как происходит добыча угля на современных шахтах

Уголь добывается двумя способами: открытым и закрытым. Добыча открытым способом происходит путем снятия поверхностного слоя земной коры с залежами полезного ископаемого с глубины не более 100 м. Для этого используется специальная техника. Такой способ считается наиболее экономичным, и используется в 70% разработок месторождений.

Закрытый способ используется, если требуется извлечь слой полезных ископаемых с больших глубин. Это наиболее трудоемкий вариант, в результате чего получается высококачественный продукт без вредных примесей.

В некоторых странах до сих пор добыча угля происходит ручным способом, например, в Индии. Жители городов, вблизи залежей угля, занимаются его собиранием.

Основные способы добычи угля

Многие страны далеко пошли в разработке месторождений полезных ископаемых. Множество видов техники для добычи угля, в некоторых процессах человек не принимает участие.

На современном этапе широко используются три способа добычи ресурса:

Конкретный метод зависит от глубины залегания полезного ископаемого, твердости поверхности и доступности.

Карьерный

Карьерным способом добывают уголь, если глубина его залегания не более 500 метров. Для этого верхний пласт густой породы снимается с помощью специальных кранов. Для работы может использоваться взрывчатка, с ее помощью можно быстро добраться до полезного ископаемого. Однако большинство производств отказываются от такого способа добычи из-за его опасности.

Уголь – это невосстановимый ресурс, поэтому после опустошения месторождения, земля засыпается обратно, и на нее высаживаются деревья. Это несомненный плюс, так как восстанавливается и улучшается экологическая обстановка местности. Хотя есть и свои минусы открытой добычи угля – осушение подземных вод.

Карьерным способом чаще всего добывают бурый уголь, так как он залегает на глубине не более 300-400 м.

Среди недостатков данного метода выделяются:

вред природной среде;
образование больших карьеров;
снятие плодородного слоя.

Среди преимуществ данного метода – это скорость добычи и дешевизна.

Шахтный

Данный метод относят к подземному способу добычи полезного ископаемого. На глубине более 500 м залегает большой объем угля, а снимать для этого верхний слой земли — дорогой и трудоемкий процесс.

Удобнее прибегнуть к строительству подземное сооружение, а именно, ствол и сама шахта. На нужной глубине прокладываются туннели с рельсами, и запускается оборудование. Чтобы сооружение не разрушилось, устанавливаются столбы и кольца. Для обеспечения безопасности рабочих, шахты вентилируются, а также обеспечивается подогрев воздуха, если это необходимо.

Чтобы добывать уголь шахтным способом, используется специальная дробильная техника, которая дробит пласты и отправляет их на поверхность для дальнейших действий. Сюда относят проходческий комбайн, он разделяет сырье от пласта, и по конвейерной ленте, отправляет его на поверхность.

Если полезные ископаемые залегают глубоко, то используется врубовый комбайн. Такая техника оснащена сверлом с большими зубьями, благодаря которым дробятся большие пласты породы. Здесь же используется очистной комбайн, который обрабатывает эти пласты.

При добыче угля в шахтах важно обеспечить выкачку воды, так как подземный способ добычи материала усложняется грунтовыми водами. К тому же, они несут серьезную опасность рабочим. Чтобы обеспечить безопасность, для работы под землей используется специальная техника, которая откачивает воду.

Среди преимуществ данного метода можно выделить высокое качество добытых полезных ископаемых, меньший вред окружающей среде. Среди недостатков – опасность и дороговизна.

Гидравлический

Это относительно новый и постоянно модернизирующийся способ добычи полезных ископаемых. Дело в том, что на его работу затрачивается большое количество воды. Устройство по добыче угля таким способом называется – механогидравлический комбайн, который рыхлит породы, тем самым откалывая ее от основного слоя.

Вода здесь служит главным инструментом по обезвоживанию угля. Ее подача осуществляется по монтированным желобам к низконапорному насосу. Затем очищенный уголь поступает на конвейер, и перемещается наружу.

Важным моментом является очищение воды каждый раз после промывки. Если этого не сделать, то из-за мелких частиц от угля, техника может выйти из строя.

Как видно, гидравлический способ долгий процесс, требующий больших финансовых вложений. Однако добыча полезных ископаемых таким способом не менее продуктивна.

Копанка или добыча угля в домашних условиях

Добыча угля – сложный процесс, требующий больший затрат времени и ресурсов. Лучшими свойствами и качеством обладает материал, залегающий глубоко под землей. Его добыча осуществляется с помощью специальной техники, однако в некоторых странах сооружают копанки, которые используют для собственных целей.

Их сооружение процесс не из легких, к тому же, залегать такое полезное ископаемое должно неглубоко. Хоть и такой уголь имеет худшие свойства, чем тот, который добыт шахтным путем. Затем его перепродают на черном рынке или используют для собственных целей.

Самые эффективные способы

Сложно ответить, какой способ добычи сырья самый эффективный. Например, шахтный метод достаточно трудоемкий, и для выкапывания карьера на 1 кв. метр потребуется много техники, сил и времени, при этом, он сильно портит экосистему. Если же уголь залегает на глубине не более 400 метров, то рыть шахту нерентабельно, к тому же в таких местах добывается не очень качественное сырье.

Чаще всего используется шахтный и карьерный способ добычи угля. Гидравлический метод относится к экспериментальным, на его долю приходится не более 8% всего сырья.

Перед тем, как начать процесс добычи, месторождение оценивается, устанавливается его размер, качество сырья и особенности рельефа. Только после этого определяется способ, устанавливается техника и производятся заборы, позволяющие установить рентабельность производства.

Уголь – это современная и дешевая замена нефти и газа, однако его добыча и переработка наносит существенный урон экосистеме. Россия является одним из лидеров по добыче полезного ископаемого, где насчитывается 26 бассейнов угля и более 600 месторождений.

Источник