Как происходит добыча угля. Как добывают уголь? Кратко о происхождении каменного угля

Уголь - один из самых известных топливных ресурсов. О горючих свойствах этого полезного ископаемого первыми узнали еще древние греки. Как осуществляется добыча каменного угля в современном мире? Какие страны лидируют по его добыче? И каковы перспективы угольной промышленности в ближайшем будущем?

Что такое уголь и как его применяют?

Уголь - это твердое и горючее полезное ископаемое, горная порода темно-серого или черного цвета с незначительным металлическим блеском. «Это вещество вспыхивает и горит подобно древесным углям» - так описывал породу Теофраст Эресский, ученик Аристотеля. Уголь активно использовали древние римляне для обогрева своих домов. А китайцы еще в I веке до нашей эры научились производить из него кокс.

Как сформировался уголь? В древние геологические эпохи большие площади земной поверхности были покрыты густыми лесами. Со временем климат менялся, и вся эта древесная масса оказалась погребенной под толщей земли. В условиях высокой температуры и давления мертвая растительность превратилась вначале в торф, а затем - в каменный уголь. Так под землей возникли мощные пласты, обогащенные углеродом. Наиболее активно уголь формировался в карбоновом, пермском и юрском периодах.

Уголь используют в качестве энергетического топлива. Именно на этом ресурсе работает большая часть всех тепловых электростанций. В XVIII-XIX веках активная добыча каменного угля стала одним из решающих факторов состоявшейся в Европе промышленной революции. В наши дни уголь широко применяется в черной металлургии, а также в производстве так называемого жидкого топлива (путем сжижения).

Исходя из количества углерода в составе породы, выделяют три основных типа угля:

• бурый уголь (65-75 % углерода);
• каменный уголь (75-95 %);
• антрацит (свыше 95 %).

Добыча каменного угля

На сегодняшний день общий объем промышленных запасов угля на нашей планете достигает одного триллиона тонн. Таким образом, этого топливного ресурса человечеству хватит еще на долгие годы (в отличие от той же нефти или природного газа).

Добыча каменного угля производится двумя методами:

• открытым;
• закрытым.

Первый способ предусматривает извлечение породы из недр земли в карьерах (угольных разрезах), а второй - в закрытых шахтах. Глубина последних колеблется в широких пределах от нескольких сотен метров до полутора километров. Каждый из этих способов добычи угля имеет свои как достоинства, так и недостатки. Так, открытый способ гораздо дешевле и безопаснее подземного. С другой стороны, шахты наносят намного меньше вреда окружающей среде и природным ландшафтам, нежели карьеры.

Стоит отметить, что технологии угледобычи не стоят на одном месте. Если сто лет назад для выработки угольных пластов использовались примитивные тележки, кирки и лопаты, то сейчас для этих же целей применяют новейшие технические машины и оборудование (отбойные молотки, комбайны, шнеки и т. п.). Кроме того, разрабатывается и усовершенствуется совершенно новый способ добычи - гидравлический. Суть его такова: мощная струя воды дробит пласт угля и выносит его в специальную камеру. Оттуда порода доставляется прямо на фабрику для дальнейшего обогащения и обработки.

География мировой угледобычи

Залежи угля расположены в мире более-менее равномерно. Месторождения этого ресурса присутствуют на всех континентах планеты. Тем не менее около 80 % всех залежей находится в Северной Америке и в постсоветских странах. При этом шестую часть общемировых запасов угля содержат в себе недра России.

Крупнейшие угольные бассейны планеты - Пенсильванский и Аппалачский (США), Хеньшуйский и Фушунский (Китай), Карагандинский (Казахстан), Донецкий (Украина), Верхнесилезский (Польша), Рурский (Германия).

По состоянию на 2014 год, первая пятерка лидирующих стран по добыче каменного угля в мире выглядит следующим образом (в скобках указан процент от общемировой угледобычи):

1. Китай (46 %).
2. США (11 %).
3. Индия (7,6 %).
4. Австралия (6,0 %).
5. Индонезия (5,3 %).

Проблемы и перспективы угольной промышленности

Основная проблема угледобывающей промышленности, разумеется, носит экологический характер. Ископаемый уголь содержит в себе ртуть, кадмий и прочие тяжелые металлы. При извлечении породы из земли все это попадает в грунт, атмосферный воздух, поверхностные и подземные воды.

Помимо урона, наносимого окружающей природной среде, угольная промышленность еще и сопряжена с огромными рисками для жизни и здоровья людей. В первую очередь, это касается шахтеров. Чрезмерная запыленность воздуха в закрытых шахтах может привести к таким серьезным заболеваниям, как силикоз или пневмокониоз. Не следует забывать и о большом количестве трагедий, которые ежегодно уносят жизни сотен работников угольной индустрии по всему миру.

Но, несмотря на все проблемы и опасности, отказаться от этого топливного ресурса человечество вряд ли сможет в ближайшее время. Особенно на фоне стремительного сокращения запасов нефти и газа в мире. На сегодняшний день в угледобывающей промышленности преобладает тенденция роста добычи антрацита. В некоторых странах (в частности, в России, Турции, Румынии) растут объемы добычи бурого угля.

Добыча угля в России

Россию с этим полезным ископаемым впервые познакомил Петр Первый. Во время отдыха на берегу реки Кальмиус, царю показали кусок черной породы, который прекрасно горел. «Если не нам, то уж потомкам нашим будет полезен сей минерал» - справедливо резюмировал тогда государь. Становление российской угольной промышленности происходило в первой половине XIX века.

На сегодняшний день объемы добычи угля в России составляют свыше 300 миллионов тонн ежегодно. В целом в недрах страны содержится около 5 % общемировых запасов данного топливного ресурса. Крупнейшие угольные бассейны России - Канско-Ачинский, Печорский, Тунгусский и Кузбасс. Свыше 90 % всех месторождений страны расположены в Сибири.

Добыча угля как индустриальная отрасль получила широкое распространение в начале ХХ века и по сей день продолжает относиться к одним из самых прибыльных видов добычи залежей полезных ископаемых. Уголь добывают в промышленных масштабах по всему миру.

Вопреки общепринятому мнению, данное ископаемое используется не только в виде качественного топлива. В середине ХХ века угольная промышленность дала мощный толчок к развитию научных исследований по выделению углеводородов из полезных ископаемых.

Где ведется добыча

Самые крупные страны, добывающие каменный уголь – КНР, США, Индия. занимает 6 место в мировом рейтинге по его добыче, хотя по запасам входит в тройку лидеров.

В России добывают бурый, уголь, каменный уголь (в т.ч коксующийся) и антрацит. Основные угледобывающие районы в России – это Кемеровская область, Красноярский край, Иркутская область, Чита, Бурятия, республика Коми. Есть уголь на Урале, Дальнем Востоке, на Камчатке, в Якутии, Тульской и Калужской областях. В России 16 угольных бассейнов. Один из самых крупных – , там добывается больше половины каменных углей России.

Как добывают каменный уголь

В зависимости от глубины залегания угольного пласта, его площади, формы, толщины, различных географических и экологических факторов выбирается определенный метод добычи угля. К основным таким способам относятся следующие:

• шахтный;
• разработки в угольном карьере;
• гидравлический.

Кроме того, существует добыча угля открытым способом, при условии что угольный пласт залегает на глубине не более ста метров. Но данный способ по форме очень схож с карьерными угольными разработками.

Шахтный способ

Этот метод применяется при с больших глубин и имеет неоспоримое преимущество перед открытыми методами углевыработки: уголь на большой глубине более качественный и практически не содержит примесей.

Для доступа к угольным пластам бурят горизонтальные или вертикальные туннели (штольни и шахты). Известны случаи угольных разработок на глубине до 1500 метров (шахты «Гвардейская», «Шахтерская-Глубокая»).

Подземную добычу угля относят к одной из самых сложных специализаций ввиду ряда опасностей:

1. Постоянная угроза прорыва подземных вод в шахтный ствол.
2. Постоянная угроза прорыва сопутствующих газов в шахтный ствол. Кроме возможного удушья, особая опасность – взрывы и пожары.
3. Несчастные случаи в связи с высокой температурой на больших глубинах (до 60 градусов), неосторожным обращением с оборудованием и т.д.

Данным способом из земных недр извлекают примерно 36 % мировых запасов угля, что составляет 2625,7 млн т.

Открытый способ

Разработки по в угольном карьере относятся по своей классификации к открытому способу добычи угля, поскольку не требуют бурения шахт и штолен на большую глубину.

Этот способ добычи заключается в подрыве и удалении вскрыши (пласта лишних пород над угольными залежами) с места разработок. После этого при помощи экскаваторов, водяных пушек, бульдозеров, дробилок, драглайнов и конвейеров происходит дробление породы и передача её дальше.

Данный способ добычи угля считается менее безопасным, чем закрытый (шахтный). Но и он имеет определенные факторы риска, связанные с неосторожным обращением с оборудованием и крупногабаритным транспортом, возможностью отравления выхлопными газами и сопровождающими машинную деятельность веществами.

Существенным минусом данного способа считается нанесение большого вредя окружающей среде вследствие снятия большой площади земельного слоя и сопутствующих ему природных элементов.

Открытый способ считается одним из самых распространенных в мире – с его помощью добывается более 55% угля в год, что составляет 4102,1 млн т.

Впервые его начали применять в Советском союзе в 30-х годах ХХ века. Он предполагает добычу угля в глубоких шахтах, при этом транспортировка на поверхность угольной породы происходит с помощью водных струй под напряжением. Данный способ позволил использовать недостаток подземной добычи угля – подземные воды – себе во благо.

В последнее время гидравлическую добычу угля считают одним из самых респектабельных способов. Она способна заменить трудоемкий и опасный процесс добычи угля шахтерами, вместо которых разрушительной и подъемной силой будет выступать вода.

К минусам данного способа добычи угля относят следующие:

• постоянный контакт рабочих инструментов и механизмов с водой и горной породой;
• определенные трудности при замене или починке рабочего оборудования;
• зависимость процесса добычи угля от толщины, угла наклона и твердости горной породы.

Данным способом ежегодно добывается примерно 7,5 % угля, что составляет 545,5 млн т.

Каменный уголь - осадочная порода, которая образуется в земном пласте. Уголь - превосходное топливо. Считается, что это самый древний вид топлива, который использовали наши далекие предки.

Как образуется каменный уголь

Для образования угля необходимо огромное количество растительной массы. И лучше, если растения накапливаются в одном месте и не успевают разлагаться полностью. Идеальное место для этого - болота. Вода в них бедна кислородом, что препятствует жизнедеятельности бактерий.

В болотах накапливается растительная масса. Не успевая полностью сгнить, она спрессовывается следующими отложениями почвы. Так получается торф - исходный материал для угля. Следующие пласты почвы как бы запечатывают торф в земле. В результате он полностью лишается доступа кислорода и воды и превращается в угольный пласт. Процесс этот длительный. Так, большая часть современных запасов каменного угля образовались в эпоху палеозоя, т. е. более 300 млн. лет назад.

Характеристики и виды каменного угля

(Бурый уголь )

Химический состав угля зависит от его возраста.

Самый молодой вид - бурый уголь. Он залегает на глубине порядка 1 км. Воды в нем еще много - около 43%. Содержит большое количество летучих веществ. Хорошо воспламеняется и горит, но тепла дает мало.

Каменный уголь - этакий "середнячок" в этой классификации. Залегает он на глубинах до 3 км. Так как давление верхних пластов больше, то и содержание воды в каменном угле меньше - около 12%, летучих веществ - до 32%, зато углерода содержится от 75% до 95%. Он также легко воспламеняется, но горит лучше. А за счет малого количества влаги дает больше тепла.

Антрацит - более древняя порода. Залегает на глубинах порядка 5 км. В нем больше углерода и практически нет влаги. Антрацит - твердое топливо, плохо воспламеняется, зато удельная теплота сгорания самая высокая - до 7400 ккал/кг.

(Уголь антрацит )

Впрочем, антрацит - это не конечная стадия преобразования органического вещества. Попадая в более жесткие условия, уголь трансформируется в шунтит. При более высоких температурах получается графит. А испытывая сверхвысокое давление, уголь превращается в алмаз. Все эти вещества - от растения до алмаза - состоят из углерода, только молекулярная структура разная.

Помимо основных "ингредиентов" в состав угля часто входят различные "породы". Это примеси, которые не сгорают, а образуют шлак. Содержится в угле и сера, причем ее содержание обуславливается местом образования угля. При сгорании она взаимодействует с кислородом и образует серную кислоту. Чем меньше примеси в составе угля, тем выше ценится его сорт.

Месторождение каменного угля

Место залегания каменного угля называют угольным бассейном. В мире известно свыше 3,6 тысяч угольных бассейнов. Их площадь занимает около 15% территории земной суши. Самый большой процент залежей мирового запаса угля в США - 23%.На втором месте - Россия, 13%. Замыкает тройку стран-лидеров Китай - 11%. Самые крупные залежи угля в мире находятся в США. Это Аппалачский каменноугольный бассейн, чьи запасы превышают отметку в 1600 млрд. тонн.

В России самый большой угольной бассейн - Кузнецкий, что в Кемеровской области. Запасы Кузбасса составляют 640 млрд. тонн.

Перспективна разработка месторождений в Якутии (Эльгинское) и в Тыве (Элегестское).

Добыча каменного угля

В зависимости от глубины залегания угля применяют либо закрытый способ добычи, либо открытый.

Закрытый, или подземный метод добычи. Для этого метода строят шахтные стволы и штольни. Шахтные стволы строят, если глубина залегания угля 45 метров и выше. От нее ведут горизонтальный тоннель - штольню.

Существуют 2 системы закрытой добычи: камерно-столбовая и добыча длинными очистными забоями. Первая система менее экономична. Ее используют лишь в тех случаях, когда обнаруженные пласты мощные. Вторая система гораздо безопаснее и практичнее. Она позволяет извлекать до 80% породы и равномерно доставлять уголь на поверхность.

Открытый метод применяют, когда уголь залегает неглубоко. Для начала проводят анализ твердости почвы, выясняют степень выветриваемости почвы и слоистость покрывающего слоя. Если грунт над пластами угля мягкий, достаточно использования бульдозеров и скреперов. Если верхний пласт толстый, то пригоняют экскаваторы и драглайны. Пролегающий над углем мощный слой твердой породы взрывают.

Применение каменного угля

Область использования каменного угля просто огромна.

Из угля добывают серу, ванадий, германий, цинк, свинец.

Сам уголь - превосходное топливо.

Используется в металлургии для выплавки железа, при производстве чугуна, стали.

Полученную после сжигания угля золу используют в производстве строительных материалов.

Из угля после его специальной обработки получают бензол и ксилол, которые используют в производстве лаков, красок, растворителей, линолеума.

Путем сжижения угля получают первоклассное жидкое топливо.

Уголь - сырье для получения графита. А также нафталина и еще ряда ароматических соединений.

В результате химической обработки каменного угля на сегодняшний день получают свыше 400 видов промышленных продуктов.

Сегодня каменный уголь получил самое широкое распространение. С его помощью получают электрическую энергию, редкие и рассеянные элементы, графит. Уголь - это важное сырье в химической и металлургической промышленности. Именно поэтому запрос «купить каменный уголь» встречается очень часто.

Россия может похвастаться огромными запасами угля, бассейны и месторождения которых рассредоточены по всей стране. Они различаются по геологическому строению, качеству угля, угленасыщенности и возрасту отложений. В зависимости от структурных признаков бассейны России классифицируются на складчатые, переходные и платформенные.\

Большая часть месторождений содержит каменные гумусовые угли, среди которых основное место принадлежит коксующимся сортам. Основные бассейны: Донецкий, Печорский, Южно-Якутский и Кузнецкий. Месторождения бурых углей встречаются в районах Восточной Сибири и Урала, а также в Подмосковном бассейне.

Месторождения угля неравнозначны по качеству ископаемого, объему его запасов и занимаемой площади. Кроме того, они, как и девелоперские компании , расположены в различных регионах страны. Сегодня уголь добывается на территории десяти угольных бассейнов. Крупнейшими месторождениями считаются Кузнецкий, Канско-Ачинский, Горловский бассейн и Восточный Донбасс.

Кузнецкий бассейн является основной угольной базой страны и обеспечивает половину от общего объема добываемого сырья. Почти двенадцать процентов добычи ведется открытым способом. Канско-Ачинский бассейн поставляет бурый уголь, который считается самым дешевым в стране. Из-за низкого качества он малотранспортабелен, поэтому в основном обеспечивает работу мощных тепловых электростанций, работающих на базе крупнейших разрезов. Печорский бассейн дает четыре процента добычи угля в стране. Он расположен вдали от промышленных центров, добыча ведется только в шахтах.

Добыча каменного угля

Уголь добывается двумя основными способами - закрытым и открытым. В первом случае это шахты или разрезы. Шахта - сложное горное предприятие по добыче угля подземным способом. В среднем она работает около сорока лет. Уголь добывается слоями, каждый из которых вынимается приблизительно десять лет. После этого происходит реконструкция горизонта и разработка более глубокого слоя. Разрез предполагает выемку угля уступами и последовательными полосами. Добытый в шахтах и разрезах уголь отправляется непосредственно потребителю или на обогатительные фабрики, где он сначала сортируется, а затем обогащается.

К перспективным угольным бассейнам относятся Ленский, Тунгусский и Таймырский. Они занимают значительные площади в малообжитых районах Сибири и Дальнего Востока. Сегодня добыча угля в западных регионах постепенно сокращается, а в восточных - возрастает. Одним из старейших бассейнов является Донбасс. Добываемый здесь уголь имеет высокое качество, чем отличается от продукции конкурентов.

С древности каменный уголь является источником энергии для человечества, не единственным, но широко применяемым. Иногда его сравнивают с солнечной энергией, законсервированной в камне. Его сжигают, получая тепло для отопления, нагревая воду, на тепловых станциях преобразуют в электричество, используют для выплавки металлов.

С развитием новых технологий научились использовать каменный уголь не только для получения энергии путем сжигания. Химическая промышленность успешно освоила технологии производства , редких металлов — галлия и германия. Извлекаются из него композиционные углеграфитовые материалы с высоким содержанием углерода, газообразное топливо высокой калорийности, отработаны методики производства пластмассы. Самый низкосортный уголь, его очень мелкую фракцию и угольную пыль перерабатывают и , которые отлично подходят для отопления как производственных помещений так и частных домов. Всего с помощью химической переработки каменного угля производят более 400 наименований продукции, стоить которые могут в десятки раз больше, чем исходный продукт.

Люди уже несколько веков активно используют уголь как топливо для получения и преобразования энергии, с развитием химической промышленности и потребностей редких и ценных материалов в других отраслях потребность в каменном угле возрастает. Поэтому интенсивно ведется разведка новых месторождений, строятся карьеры и шахты, предприятия по переработки сырья.

Кратко о происхождении каменного угля

На нашей планете много миллионов лет тому назад во влажном климате бурно развивалась растительность. С тех пор минуло 210…280 миллионов лет. Тысячелетиями, миллионами лет миллиарды тонн растительности отмирали, скапливались на дне болот, покрывались слоями наносов. Медленное разложение в бескислородной атмосфере под мощным прессом воды, песка, других пород, иногда в условиях высоких температур из-за близкого расположения магмы, привело к окаменению слоев этой растительности, с постепенным перерождением в уголь разной степени углефикации.

Основные российские месторождения и добыча каменного угля

На планете насчитывают запасы каменного угля выше 15 триллионов тонн. Самые большие добычи полезных ископаемых приходятся на каменный уголь, примерно по 0,7 тонны на человека, это более 2,6 миллиарда тонн в год. В России каменный уголь имеется в разных регионах. Он имеет разные характеристики, особенности и глубину залегания. Вот наиболее крупные и успешно разрабатываемые бассейны каменного угля:

Активное использование сибирских и дальневосточных месторождений ограничивает их удаленность от промышленных европейских регионов. В западной части России также добывается уголь с отличными показателями: в Печерском, Донецком угольных бассейнах. В Ростовской области активно разрабатывают локальные месторождения, наиболее перспективное из них — Гуковское. Переработка каменного угля с этих месторождений дает марки каменного угля высокого качества — антрациты (АС и АО).

Основные качественные характеристики каменного угля

Для разных отраслей промышленности требуется различные марки угля. Качественные показатели его изменяются в широких пределах даже у тех, которые имеют одинаковую маркировку и во многом зависят о месторождения. Поэтому предприятия, прежде чем закупать уголь, знакомятся с такими его физическими характеристиками:

По степени обогащения каменный уголь разделяют:

• — Концентраты (сжигают для отопления в паровых котлах и получения электроэнергии);
• — Промышленные продукты, используются в металлургической отрасли;
• — Шлам, фактически это мелкая фракция (до 6мм) и пыль после дробления породы. Сжигать такое топливо проблематично, потому из него формуют брикеты, имеющиех хорошие эксплуатационные характеристики и используют в бытовых твердотопливных котлах.

По степени углефикации:

• — Бурый уголь, это частично сформированный каменный уголь. Имеет невысокую теплоту сгорания, при перевозке и хранении крошится, имеет склонность к самовозгоранию;
• — Каменный уголь. Имеет множество разных марок (сортов) с различными характеристиками. Имеет широкую область использования: металлургия, энергетика, ЖКХ, химическая промышленность и т.п.
• — Антрациты — самая качественная форма каменного угля.

Если сравнивать торф и каменный уголь, теплота сгорания угля выше. Самая низкая теплота сгорания у бурого угля, самая высокая — у антрацитов. Однако, исходя из экономической целесообразности, большим спросом пользуется простой каменный уголь. У него оптимальное сочетание цены и удельной теплоты горения.

Различных характеристик угля очень много, но далеко не все из них могут иметь значение при выборе угля для отопления. В этом случае важно знать всего несколько ключевых параметров: зольность, влажность и удельную теплоемкость. Может быть важно содержание серы. Остальные требуются при подборе сырья на переработку. Что важно знать при выборе угля, так это размеры: насколько крупные куски вам предлагают. Эти данные зашифрованы в названии марки.

Классификация по размерам:

Классификация по маркам и их краткая характеристика:

В зависимости от характеристик каменного угля, его марки, типа и фракции хранится он разное время. (В статье есть таблица, где указаны сроки хранения угля в зависимости от месторождения и марки).

Особое внимание нужно уделять защите угля при длительном его хранении (более 6 месяцев). В этом случае требуется специальный угольный сарай или бункер, где топливо будет защищено от осадков и прямого солнечного света.

Большие кучи угля при длительном хранении требуют контроля температуры, так как при наличии мелких фракций в сочетании с влагой и высокой температурой имеют склонность к самовозгоранию. Желательно приобрести электронный термометр и термопару с длинным шнуром, которую закопать в центре угольной кучи. Проверять температуру нужно один-два раза в неделю, потому что некоторые марки угля самовозгораются при совсем невысоких температурах: бурые – при 40-60 о C, остальные – 60-70 о C. Редко случаются случаи самовозгорания антрацитов и полуантрацитов (в России такие случаи не зарегистрированы).