Шахтный способ добычи условиях

Шахтная разработка нефтяных месторождений

ШАХТНАЯ РАЗРАБОТКА НЕФТЯНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ (а. oil extraction, oil mining; н. Schachtabbauverfahren, Schachtabbau der Erdollagerstatten; ф. exploitation des mines petroliferes, exploitation miniere de petrole; и. explotacion de yacimientos petroliferos por minas; beneficio de depositos de oil por pozos) — способ добычи нефти или нефтенасыщенной породы из нефтяного пласта-коллектора с помощью подземных горных выработок или подземных скважин, сооружённых в нефтяной шахте. Применяется для разработки залежей с высоковязкими нефтями (природными битумами), а также неоднородных энергетически истощённых залежей нефти средней вязкости.

Шахтный способ добычи нефти известен с 18 века. В разное время он достигал промышленных масштабов на месторождениях Пешельбронн (Франция), Витце и Гайде (Германия), Кымпина и Сарате-Монтеору (Румыния), Хагисияма (Япония), Керн-Ривер и Норт-Тисдейл (США). Например, на месторождениях Пешельбронн было построено более 30 шахт на глубине до 400 м и добыто за 1735-1962 1,1 млн. т нефти. В Германии такой способ добычи нефти применялся в 1875-1931, в Японии — в 1940-45. Он использовался также на нефтяных месторождениях Австрии, Чехословакии, Польши, Канады и других стран.

В России добыча нефти шахтами осуществлялась на многих месторождениях с конца 19 века (первая попытка имела место на Уйташском месторождении в Дагестане). До 1943 разрабатывали залежи природного битума из подземных выработок на Шугуровском месторождении (было сооружено 4 штольни и завод производственной мощностью 500 тысяч м 3 битуминозного песчаника в год). В 1932 на одном из участков Старогрозненского месторождения был построен рудник, на котором к 1935 общая протяжённость горных выработок достигла 645 м. Самый большой опыт шахтной разработки нефтяных месторождений накоплен на Ярегском месторождении в Коми ACCP, где с 1939 ведётся промышленная разработка залежей (в конце 80-х гг. — единственной промышленной нефтяной шахты в мире).

Реклама

Нефтяная шахта (рис. 1) включает в себя объекты: надшахтный комплекс зданий и сооружений (надшахтные здания подземного и вентиляционного стволов, подъёмные установки, административно-бытовой комбинат, компрессорную, котельную, ремонтно-механическую мастерскую, вентиляционную и др.); подъёмный и вентиляционной стволы; околоствольный двор с камерами центрального водоотлива, центральные подземные подстанции, склада взрывчатых материалов, центральную нефтеловушку с ёмкостями для сбора добываемой жидкости и насосной станции; электровозное депо с камерой противопожарного поезда, камеру чистки вагонеток, грузовую и порожняковую выработку, комплекс горных выработок с насосными камерами для подачи напорной воды на буровые станки, сбора, транспорта нефти и бурения скважин; инженерные сети электроснабжения, связи и сигнализации, теплоснабжения, паро- и водоснабжения, канализации, снабжения сжатым воздухом; автомобильные дороги и подъезды.

Шахтная разработка нефтяных месторождений осуществляется с помощью очистных, дренажных или комбинированных (включающих очистные и дренажные) систем разработки. При очистной системе нефтенасыщенная порода отбивается (разрушается), как правило, при помощи буровзрывных работ, грузится в забое погрузочными машинами на средства подземного транспорта и через шахтный ствол выдаётся на поверхность, где перерабатывается на специальных установках с выделением нефтяных фракций. При этом возможно комплексное использование сырья, т.к. вмещающие породы продуктивного пласта после выделения нефтяной фракций могут быть использованы как строительный материал, сырьё для химической промышленности и т.п.

При дренажной системе нефть извлекается посредством буровых скважин, пробуренных из предварительно пройденных горных выработок. Применяется в тех случаях, когда природное углеводородное сырьё находится либо в подвижном (текучем) состоянии, либо может быть приведено в такое состояние искусственно — термическим воздействием на продуктивный пласт. Поэтому различают системы природной шахтной (природношахтной) разработки, когда дренажная разработка осуществляется при использовании естественной энергии пласта, и термического шахтной (термошахтной) разработки, когда разработка проводится с воздействием на пласт паром, горячим газом (воздухом), горячей водой и другими теплоносителями.

При наиболее распространённой двухгоризонтной термошахтной разработке (рис. 2) с надпластового горизонта через вертикальные и наклонные нагнетательные скважины закачивают в продуктивный пласт теплоноситель (например, пар), а отбор нефти осуществляют из добывающих скважин, пробуренных из расположенной в пласте добывающей галереи.

Сбор нефти производится в горных выработках, откуда она насосами подаётся на поверхность.

Опыт разработки Ярегского месторождения высоковязкой нефти показывает высокую эффективность применения технологии термошахтной добычи нефти. Конечная нефтеотдача повышается до 50-60% против 4%, достигнутых при природношахтной разработке, и 2% — при разработке скважинами с поверхности Земли, которые работают в естественном режиме.

Кроме того, непосредственный доступ к продуктивному пласту позволяет свести к минимуму потери теплоносителей до внесения их в пласт, осуществить более полное его вскрытие и использование запасов нефти, независимое от погодных условий выполнение всех работ, а также возможность вести разработку залежей нефти под населёнными пунктами, водоёмами, на сильно заболоченной местности. Недостатки шахтной разработки нефтяных месторождений: необходимость пребывания людей под землей, наличие активных газопроявлений, опасности, связанные с наличием газовой шапки, подошвенных или контурных вод, рыхлых пород или плывунов, и т.п.

Перспективными по геолого-техническим условиям для шахтной разработки нефтяных месторождений являются несколько десятков месторождений высоковязких нефтей и природных битумов в Татарии, Казахстане, Узбекистане, Азербайджане, Грозненской области, Краснодарском крае и др. Имеются также перспективы применения шахтной разработки нефтяных месторождений на залежах тяжёлых нефтей в ряде зарубежных стран — Канаде, Венесуэле, США, Кувейте и др.

Источник

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