Способы добычи твердого топлива

Способы добычи ископаемого твердого топлива

Добыча ископаемых углей и горючих сланцев может осуществляться открытым и подземным (шахтным) спо­собами.

При неглубоком залегании пластов добыча ведется открытым способом посредством разработки карьеров. Этот метод в нашей стране нашел широкое применение. В перспективе около 60 % всей добычи угля будет произ­водиться этим способом. Для этого разрабатываются и внедряются прогрессивные технологии и горно-транспорт­ное оборудование большой единичной мощности (авто­самосвалы БелАЗ-7521 грузоподъемностью 180 т, экска­ваторы ЭКГ-20 с объемом ковша 20 м 3 и др.).

Эффективность добычи угля открытым способом оп­ределяется коэффициентом вскрыши, показывающим, сколько земли и породы надо снять для того, чтобы до­быть 1 т условного топлива (т. у. т.). Одним из наиболее низких является коэффициент вскрыши Канско-Ачинско­го бассейна (2—6 м 3 /т. у. т.). В результате эти угли — наиболее дешевое ископаемое твердое топливо.

Вместе с тем весьма распространенной остается под­земная добыча шахтным способом.Она является трудо­емкой, характеризуется высокой себестоимостью добы­того угля, связана с рядом трудностей: глубиной вырабо­ток, геологическими нарушениями залегания пластов, скоплением газов, горнодинамическими явлениями, при­током воды, большим количеством угольной пыли.

Особую опасность представляет метан. В связи с этим в каждую шахту приходится непрерывно подавать огром­ное количество воздуха для проветривания забоев. На эти цели расходуется около 30—40 % потребляемой в угольной промышленности электроэнергии.

Поэтому перспективным является курс (направление) на увеличение добычи угля посредством механизации процессов, их комплексной автоматизации. В результате к 1990 г. добыча угля составит 780—800 млн. т.

В настоящее время внедряется новый экономически выгодный и относительно безопасный гидравлический способ добычи. В шахтах уголь размывается мощным по­током воды, после чего подается на обогатительную (коксующийся уголь) или обезвоживающую (энергетический) фабрику.

Гидравлический способ добычи угля при равных гор­но-геологических условиях характеризуется производи­тельностью труда в 2—2,5 раза выше, чем при традици­онной механизированной выемке. При этом технически возможна прокладка мощных трубопроводов для транс­портирования угля в водной среде.

Торф добывается фрезерным или гидравлическим спо­собами. Фрезерный способ предполагает размельчение слоя торфа, находящегося на поверхности, специальной машиной на торфокрошку, гидравлический — размывание слоя торфа сильной струей воды и просушивание получа­емой массы.

Классификация и маркировка ископаемого твердого топлива

Ископаемые угли классифицируются по месторожде­ниям, содержанию летучих веществ, спекаемости (кок­суемости), гранулометрическому составу, содержанию влаги, золы, серы и по качеству.

В соответствии с Общесоюзным классификатором ка­менный уголь в разрезе месторождений подразделяется на Донецкий, Кузнецкий, Карагандинский, Европейской части СССР и Урала (8 месторождений), Сибирский (12 месторождений), Дальнего Востока (без Приморья) и Арктики (9 месторождений), Приморья (5 месторожде­ний), Казахстана и Средней Азии (8 месторождений), импортный (Силезский и прочий).

Ведущее место в нашей стране занимают такие уголь­ные бассейны, как Донецкий, Канско-Ачинский, Экибас­тузский и Кузнецкий.

В зависимости от массового выхода летучих веществ каменный уголь подразделяется на марки, в том числе: длиннопламенный — Д, газовый — Г, газовый жирный — ГЖ, жирный — Ж, коксовый жирный — КЖ, коксовый — К, отощенный спекающийся — ОС, тощий — T, слабоспе­кающийся — CC, полуантрацит — на, антрацит — А.

Массовый выход летучих веществ у каменных углей от 4 до 9 % у полуантрацитов и антрацитов и до 39— 45 % у газовых и длиннопламенных,

В зависимости от гранулометрического состава иско­паемые угли подразделяются на классы (табл. 1).

Таблица 1. Классы углей по размеру кусков (по ГОСТ 19242—73)

Наименование класса	Условное обозначе­ние	Размер кусков, мм
Каменные угли и антрациты
Плитный	Π	Более 100
Крупный	К	50—100
Орех	О	25—50
Мелкий	M	13—25
Семечко	М	6—13
Штыб	Ш	Менее 6
Рядовой	P	Не более 200 мм при добыче шахт­ным и не более 300 мм при добы­че открытым способом
Бурые угли
Крупный	БК	50—100
Орех	БО	25—50
Мелкий	БМ	13—25
Семечко со штыбом	БСШ	Менее 13
Рядовой	БР	Не более 300 мм при добыче от­крытым способом

Бурые угли, кроме того, по содержанию влаги под­разделяются на группы Б1 (более 40 %), Б2 (30— 40%) и Б3 (до 30%), а по выходу смолы — на под­группы.

Маркировка каменных углей включает их наимено­вание по месторождениям (уголь Донецкий, уголь Куз­нецкий и др.), а также буквенные обозначения марки и класса. Например: ДР — длиннопламенный рядовой; АСШ — антрацит с семечком и штыбом; ТОМСШ — тощий орех, мелкий и семечко со штыбом и т. п. Для коксующихся углей в маркировке цифрой, следующей после букв, указывают их группы (толщину пластичес­кого слоя, мм).

Маркировка бурых углей включает их наименование по месторождениям, букву Б (бурый уголь), а также обозначение их класса. Например: БК — бурый круп­ный; БМСШ — бурый мелкий с семечком и штыбом; БОМ — бурый орех с мелочью и т. п. Цифры, следую­щие за буквами, обозначают их группу (по содержанию влаги) и подгруппу (по выходу смолы — для бурых уг­лей, используемых как химическое сырье).

Источник

Способы добычи твердого топлива

Ископаемые твердые топлива произошли из растительных и животных организмов. В зависимости от исходного материала и условий химического превращения они подразделяются на гумусовые, сапропелитовые и смешанные.

Гумусовые топлива образовались в основном из отмерших многоклеточных растений. Органическое вещество этих растений подвергалось разложению в условиях ограниченного доступа воздуха, в результате чего оно превращалось в перегной — гумус.

Сапропелитовые топлива образовались из остатков низших растений (водорослей) и животных микроорганизмов, в составе которых содержится помимо клетчатки значительное количество белков, жиров и воска. При разложении под водой без доступа воздуха эти остатки превращались в гнилостный ил — сапропель, из которого в дальнейшем происходило образование ископаемого твердого топлива.

В условиях полного прекращения доступа воздуха и при участии бактерий гумус претерпевал дальнейшее видоизменение и превращался в ископаемое топливо. В образовании смешанных ископаемых твердых топлив заметную роль и фал и как высокоорганизованные растения, так и микроорганизмы.

В зависимости от «химического возраста» (периода времени, в течение которого протекали химические превращения в массе топлива) различают три стадии образования ископаемого твердого топлива:

• торфяная, т.е. связанная с образованием торфа;

• буроугольная — период превращения торфа в бурые угли;

• каменноугольная — наиболее длительный период химических превращений с образованием каменных углей и антрацитов.

Торф является самым молодым по химическому возрасту ископаемым твердым топливом. Он относится к топливу гумусового образования и представляет собой продукт неполного разложения под водой растительных остатков.

Местами торфообразования являются, главным образом, зарастающие болота.

По способу добычи различают кусковой и фрезерный торф. Кусковой торф получают в виде стандартных кирпичей при маши- ноформовочном и гидравлическом способах добычи. Фрезерный торф представляет собой торфяную крошку с размерами частиц от 0,5 до 25 мм и более, получаемую при добыче торфа фрезерным способом. Вследствие низкой теплоты сгорания и малой механической прочности торф относится к местным видам топлива, подлежащим использованию вблизи мест его добычи.

Бурые угли по степени обуглероживания занимают промежуточное положение между торфом и каменными углями. Свежедобытые бурые угли содержат от 20 до 55 % влаги, содержание золы в них колеблется в широких пределах — от 7 до 45 %. Бурые угли характеризуются термической неустойчивостью, небольшой твердостью и малой механической прочностью. Они обладают способностью выветриваться на воздухе, превращаясь в угольную мелочь, и весьма склонны к окислению и самовозгоранию при хранении. Вследствие значительного балласта и низкой теплоты сгорания бурых углей дальняя перевозка их не выгодна, поэтому они используются как местное топливо.

Каменные угли представляют собой продукт более полного превращения исходного органического материала. В отличие от бурых углей они содержат больше углерода и меньше водорода и кислорода. Каменные угли обладают меньшей гигроскопичностью, более высокими плотностью и механической прочностью, большей химической устойчивостью. Каменные угли добываются шахтным и открытым способами. Транспортируются они в основном железнодорожным транспортом.

С целью улучшения промышленного использования твердое топливо подвергают физико-механическим (обогащение, сортировка, сушка, пылеприготовление и брикетирование) и физико-химическим (полукоксование и коксование) способам переработки.

Ископаемый уголь подвергается обогащению — удалению пустой породы, разделению минералов с целью увеличения содержания углерода. В результате содержание балластных и вредных примесей (серы, влаги и зольности) в угле снижается и повышается его теплота сгорания.

Целью сортировки углей является разделение извлеченного из недр земли угля на отдельные сорта по крупности кусков. Отсортированная мелочь и отсев обогащения, не используемые для технологических целей, применяют в качестве энергетического топлива. Его подвергают дальнейшему измельчению до пылевидного состояния либо брикетированию.

Пылеприготовление представляет собой процесс превращения кускового топлива в пылевидное состояние, так как сжигание топлива в пылевидном состоянии позволяет экономично использовать низкосортные топлива (бурые угли, антрацитовый штыб A Ш, торф, горючие сланцы, отходы углеобогащения).

Брикетирование состоит в том, что топливную мелочь (штыб бурых и каменных углей, фрезерный торф, опилки и др.) прессованием превращают в куски правильной формы — брикеты. При такой подготовке топлива брикеты сжигаются в топках на колосниковых решетках с меньшими потерями.

Нефть представляет собой горючую маслянистую жидкость, добываемую из недр земли. По современным представлениям нефть имеет органическое происхождение, считается, что исходным (материнским) веществом для образования нефти были ископаемые остатки растительного и животного происхождения в местах древних мелководных морей. Накапливаясь на морском дне и перемешиваясь с минеральными веществами, эти остатки образовали мощные толщи илистых отложений, в которых под действием кислорода, бактерий и микроорганизмов происходило разложение органического вещества с образованием химически устойчивых жидких и газообразных продуктов. Последние постепенно накапливались в слоях осадочных пород и под действием повышенной температуры этих слоев, давления и природных катализаторов претерпевали дальнейшие химические превращения с образованием нефти.

Нефть залегает в недрах земли в осадочных пористых породах (песчаники, известняки и т.д.), образуя нефтяные пласты, расположенные на глубине 5000 м и более. В этих пластах нефть находится совместно с водой и газом, занимая по плотности среднюю зону выше воды. Скопления газа находятся в верхней части пластов.

Нефть добывается путем бурения скважин — вертикальных выработок диаметром 0,15. 0,25 м, по которым она поступает на поверхность земли. Из пласта нефть извлекается одним из трех способов: фонтанным, компрессорным (газлифтным) и глубинно-насосным.

Фонтанный способ используется в начальный период эксплуатации скважин. При этом нефть из пласта через скважину выталкивается под давлением нефтяных газов, достигающим 20 МПа. Со временем, после прекращения естественного фонтанирования, нефть извлекают компрессорным или насосным способом.

При компрессорном способе в скважину опускают две колонны труб. По кольцевому каналу между ними компрессором закачивается под большим давлением воздух или нефтяной газ. Смешиваясь с нефтью воздух (или газ) понижает ее плотность, в результате нефть под избыточным давлением пласта поднимается по внутренней трубе на поверхность.

Глубинно-насосный способ заключается в том, что извлечение нефти из пласта производится посредством насоса, опускаемого в скважину на уровень нефтяной залежи.

Добытую нефть после ее обезвоживания и обессоливания подвергают переработке с целью получения технически ценных продуктов — жидких топлив, смазочных и специальных масел, растворителей, моющих средств, красителей, пластмасс и др.

Различают физические и химические способы переработки нефти. К физическим относятся прямая, или фракционная, перегонка нефти, к химическим — различные виды крекингового процесса.

Прямая, или фракционная, перегонка представляет собой процесс извлечения из нефти ее составляющих (фракций). Перегонка нефти — это нагрев ее при атмосферном давлении до кипения, частичное испарение, отбор и конденсация образовавшихся паров. В результате перегонки нефти получают светлые нефтепродукты (дистилляты) и остаточный продукт — мазут. Из дистиллятов после соответствующей очистки получают товарные продукты: бензин, лигроин, керосин, газойль и соляр. Мазут, получаемый при перегонке нефти, в зависимости от его качества находит разнообразное использование. Высокосернистые мазуты служат котельным топливом. Транспортирование нефти осуществляется либо по нефтепроводам, либо в цистернах железнодорожным транспортом.

Природные газы скапливаются в горных породах земной коры, образуя газоносные пласты. Такими породами являются пористые структуры (песчаники, известняки и др.). Газоносные пласты сверху и снизу ограничены газонепроницаемыми породами.

Для добычи газа проводят бурение скважин до газоносного пласта. При этом применяются те же способы бурения скважин, как и при добыче нефти.

Разделяют три типа добываемых природных газов:

• газы из чисто газовых месторожден й без признаков нефти. Образование таких месторождений связано со способностью газов перемещаться в пористых породах на значительные расстояния от истинного места рождения; газы чисто газовых месторождений имеют постоянный состав с высоким содержанием метана СН₄ (до 99%) и небольшим содержанием тяжелых углеводородов С _m Н _n

• попутный газ, извлекаемый из недр совместно с нефтью, в которой он бывает растворен. Добыча такого газа может составлять 10. 50% массы добываемой нефти; выделение газа из нефти и его улавливание возможно при снижении давления выходящей из скважины нефти в специальных металлических резервуарах — сепараторах или траппах; попутные газы не отличаются постоянным составом и кроме метана в них содержатся значительные количества (более 20%) других углеводородов;

• газ газоконденсатных месторождений содержит некоторые компоненты, находящиеся в сжиженном состоянии (пропан С₃Н₈, бутан С₄Н₁₀, пентан С₅Н₁₂, гексан С₆Н₁₄ и т.д.).

Природные газы газоконденсатных месторождений и попутные газы, содержащие сжиженные газы, освобождаются от них на специальных газобензиновых заводах, входящих в число головных предприятий газопромыслов.

Природные газы на промыслах до направления их в магистральные газопроводы очищаются от токсичного газа — сероводорода H ₂ S , влаги и песка, увлекаемых газовым фонтаном из скважины.

Очистка от взвешенных частиц влаги и песка проводится при помощи центробежных сепараторов. В абсорбционной установке газ очищается от сероводорода (остаточное содержание H ₂ S в газе не более 0,02 г/м 3 ), а также от паров влаги. Глубокая очистка газа от водяных паров необходима для предотвращения образования в магистральных газопроводах высокого давления твердых кристаллических веществ — кристаллогидратов (веществ типа СН₄-6Н₂0 или СН₄-7Н₂0), способных закупорить газопровод и нарушить его нормальную работу

После очистки газ направляется в головную компрессорную станцию, где его давление повышается до 7,5 МПа (75 кгс/см2), а оттуда — в магистральный газопровод. На трассе газопровода по мере снижения давления газа до 2,5. 3,0 МПа (25. 30 кгс/см2) через каждые 120. 160 км устанавливают промежуточные компрессорные станции.

Источник