Угольная промышленность способы добычи ресурсов

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

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