Як відбувається видобуток вугілля. Як добувають вугілля? Коротко про походження кам'яного вугілля

Вугілля - один із найвідоміших паливних ресурсів. Про горючі властивості цієї корисної копалини першими дізналися ще давні греки. Як здійснюється видобуток кам'яного вугілля сучасному світі? Які країни лідирують з його видобутку? І якими є перспективи вугільної промисловості в найближчому майбутньому?

Що таке вугілля та як його застосовують?

Вугілля - це тверда і палива корисна копалина, гірська порода темно-сірого або чорного кольору з незначним металевим блиском. «Ця речовина спалахує і горить подібно деревним вугіллям- так описував породу Теофраст Ересський, учень Арістотеля. Вугілля активно використовували древні римляни для обігріву своїх будинків. А китайці ще в I столітті до нашої ери навчилися виготовляти з нього кокс.

Як сформувалося вугілля? У стародавні геологічні епохи великі площі земної поверхні були вкриті густими лісами. Згодом клімат змінювався, і вся ця деревна маса виявилася похованою під товщею землі. В умовах високої температури і тиску мертва рослинність перетворилася спочатку на торф, а потім - на кам'яне вугілля. Так під землею з'явилися сильні пласти, збагачені вуглецем. Найбільш активно вугілля формувалося в карбоновому, пермському та юрському періодах.

Вугілля використовують як енергетичне паливо. Саме на цьому ресурсі працює більша частинавсіх теплових електростанцій. У XVIII-XIX століттях активний видобуток кам'яного вугілля став одним із вирішальних факторів промислової революції, що відбулася в Європі. В наші дні вугілля широко застосовується у чорній металургії, а також у виробництві так званого рідкого палива (шляхом зрідження).

Виходячи з кількості вуглецю у складі породи, виділяють три основні типи вугілля:

• буре вугілля (65-75% вуглецю);
• кам'яне вугілля (75-95%);
• антрацит (понад 95%).

Видобуток кам'яного вугілля

На сьогодні загальний обсяг промислових запасів вугілля на нашій планеті сягає одного трильйона тонн. Таким чином, цього паливного ресурсу людству вистачить ще довгі роки (на відміну тієї ж нафти чи газу).

Видобуток кам'яного вугілля виробляється двома методами:

• відкритим;
• закритим.

Перший спосіб передбачає вилучення породи з надр землі в кар'єрах ( вугільних розрізах), а другий - у закритих шахтах. Глибина останніх коливається в широких межах від кількох сотень метрів до півтора кілометра. Кожен із цих способів видобутку вугілля має свої переваги, так і недоліки. Так, відкритий спосіб набагато дешевше і безпечніший за підземний. З іншого боку, шахти завдають набагато менше шкоди. навколишньому середовищіта природним ландшафтам, ніж кар'єри.

Варто зазначити, що технології вуглевидобутку не стоять на одному місці. Якщо сто років тому для вироблення вугільних пластів використовувалися примітивні візки, кирки та лопати, то зараз для цих цілей застосовують новітні технічні машинита обладнання (відбійні молотки, комбайни, шнеки тощо). Крім того, розробляється та вдосконалюється повністю новий спосібвидобутку – гідравлічний. Суть його така: потужний струмінь води дробить пласт вугілля та виносить його у спеціальну камеру. Звідти порода доставляється прямо на фабрику для подальшого збагачення та обробки.

Географія світового вуглевидобутку

Поклади вугілля розташовані у світі більш-менш рівномірно. Родовища цього ресурсу є на всіх континентах планети. Проте близько 80% всіх покладів перебуває в Північної Америкита у пострадянських країнах. При цьому шосту частину загальносвітових запасів вугілля містять у собі надра Росії.

Найбільші вугільні басейни планети – Пенсільванський та Аппалацький (США), Хеньшуйський та Фушунський (Китай), Карагандинський (Казахстан), Донецький (Україна), Верхнесилезький (Польща), Рурський (Німеччина).

Станом на 2014 рік, перша п'ятірка лідируючих країн з видобутку кам'яного вугілля у світі виглядає наступним чином (у дужках вказано відсоток від загальносвітового видобутку):

1. Китай (46%).
2. США (11%).
3. Індія (7,6%).
4. Австралія (6,0%).
5. Індонезія (5,3%).

Проблеми та перспективи вугільної промисловості

Основна проблема вугледобувної промисловості, зрозуміло, має екологічний характер. Викопне вугілля містить у собі ртуть, кадмій та інші важкі метали. При вилученні породи із землі все це потрапляє у ґрунт, атмосферне повітря, поверхневі та підземні води.

Крім шкоди, що наноситься навколишньому природному середовищі, вугільна промисловість ще й пов'язана з величезними ризиками для життя та здоров'я людей. Насамперед це стосується шахтарів. Надмірна запиленість повітря в закритих шахтах може призвести до таких серйозних захворювань, як силікоз або пневмоконіоз. Не слід забувати і про велику кількість трагедій, які щороку забирають життя сотень працівників вугільної індустрії по всьому світу.

Але, незважаючи на всі проблеми та небезпеки, відмовитися від цього паливного ресурсу людство навряд чи зможе найближчим часом. Особливо на тлі стрімкого скорочення запасів нафти та газу у світі. На сьогоднішній день у вугледобувній промисловості переважає тенденція зростання видобутку антрациту. У деяких країнах (зокрема, у Росії, Туреччині, Румунії) зростають обсяги видобутку бурого вугілля.

Видобуток вугілля в Росії

Росію з цими корисними копалинами вперше познайомив Петро Перший. Під час відпочинку на березі річки Кальміус царю показали шматок чорної породи, який чудово горів. «Якщо не нам, то нащадкам нашим буде корисний цей мінерал» - справедливо резюмував тоді государ. Становлення російської вугільної промисловості відбувалося у першій половині ХІХ століття.

Сьогодні обсяги видобутку вугілля у Росії становлять понад 300 мільйонів тонн щорічно. Загалом у надрах країни міститься близько 5% загальносвітових запасів даного паливного ресурсу. Найбільші вугільні басейни Росії - Кансько-Ачинський, Печорський, Тунгуський та Кузбас. Понад 90% всіх родовищ країни перебувають у Сибіру.

Видобуток вугілля як індустріальна галузь набув широкого поширення на початку ХХ століття і досі продовжує ставитися до одних із самих прибуткових видіввидобутку покладів з корисними копалинами. Вугілля видобувають у промислових масштабаху всьому світі.

Всупереч загальноприйнятій думці, ця копалина використовується не тільки у вигляді якісного палива. У середині ХХ століття вугільна промисловість дала потужний поштовх розвитку наукових дослідженьвиділення вуглеводнів з корисних копалин.

Де ведеться видобуток

Найбільші країни, що видобувають кам'яне вугілля – КНР, США, Індія. займає 6 місце у світовому рейтингу з його видобутку, хоча за запасами входить до трійки лідерів.

У Росії її добувають буре, вугілля, кам'яне вугілля (зокрема коксівне) і антрацит. Основні вугледобувні райони у Росії – це Кемеровська область, Красноярський край, Іркутська область, Чита, Бурятія, республіка Комі. Є вугілля на Уралі, Далекому Сході, на Камчатці, Якутії, Тульській і Калузькій областях. У Росії її 16 вугільних басейнів. Одне з найбільших – , там видобувається більше половини кам'яного вугілля Росії.

Як добувають кам'яне вугілля

Залежно від глибини залягання вугільного пласта, його площі, форми, товщини, різних географічних та екологічних факторів вибирається певний метод видобутку вугілля. До основних таких способів належать такі:

• шахтний;
• розробки у вугільному кар'єрі;
• гідравлічний.

Крім того, існує видобуток вугілля відкритим способом, за умови, що вугільний пласт залягає на глибині не більше ста метрів. Але цей метод формою дуже схожий з кар'єрними вугільними розробками.

Шахтний спосіб

Цей метод застосовується при великих глибин і має незаперечну перевагу перед відкритими методами вуглевироблення: вугілля на великій глибині більш якісне і практично не містить домішок.

Для доступу до вугільних пластів бурять горизонтальні або вертикальні тунелі (штольні та шахти). Відомі випадки вугільних розробок на глибині до 1500 метрів (шахти "Гвардійська", "Шахтарська-Глибока").

Підземний видобуток вугілля відносять до однієї з найскладніших спеціалізацій через низку небезпек:

1. Постійна загроза прориву підземних вод у шахтний ствол.
2. Постійна загроза прориву супутніх газів у шахтний ствол. Окрім можливої ​​ядухи, особлива небезпека – вибухи та пожежі.
3. Нещасні випадки у зв'язку з високою температуроюна великих глибинах (до 60 градусів), необережним поводженням з обладнанням тощо.

У такий спосіб із земних надр витягують приблизно 36 % світових запасів вугілля, що становить 2625,7 млн ​​т.

Відкритий спосіб

Розробки у вугільному кар'єрі відносяться за своєю класифікацією до відкритого способу видобутку вугілля, оскільки не вимагають буріння шахт і штоль на велику глибину.

Цей спосіб видобутку полягає у підриві та видаленні розтину (пласту зайвих порід над вугільними покладами) з місця розробок. Після цього за допомогою екскаваторів, водяних гармат, бульдозерів, дробарок, драглайнів та конвеєрів відбувається дроблення породи та передача її далі.

Цей спосіб видобутку вугілля вважається менш безпечним, ніж закритий (шахтний). Але і він має певні фактори ризику, пов'язані з необережним поводженням з обладнанням та великогабаритним транспортом, можливістю отруєння вихлопними газами та речовинами, що супроводжують машинну діяльність.

Істотним мінусом цього способу вважається нанесення великої шкоди навколишньому середовищу внаслідок зняття великої площі земельного шару та супутніх йому природних елементів.

Відкритий спосіб вважається одним із найпоширеніших у світі – за його допомогою видобувається понад 55% вугілля на рік, що становить 4102,1 млн т.

Вперше його почали застосовувати у Радянському союзі у 30-х роках ХХ століття. Він передбачає видобуток вугілля у глибоких шахтах, при цьому транспортування на поверхню вугільної породи відбувається за допомогою водяних струменів під напругою. Цей метод дозволив використовувати дефіцит підземного видобутку вугілля – підземні води – собі на благо.

У останнім часомгідравлічний видобуток вугілля вважають одним із найреспектабельніших способів. Вона здатна замінити трудомісткий та небезпечний процес видобутку вугілля шахтарями, замість яких руйнівною та підйомною силою виступатиме вода.

До мінусів цього способу видобутку вугілля відносять такі:

• постійний контакт робочих інструментів та механізмів з водою та гірською породою;
• певні труднощі при заміні чи ремонті робочого обладнання;
• залежність процесу видобутку вугілля від товщини, кута нахилу та твердості гірської породи.

У цей спосіб щорічно видобувається приблизно 7,5 % вугілля, що становить 545,5 млн т.

Кам'яне вугілля - осадова порода, що утворюється у земному шарі. Вугілля - чудове паливо. Вважається, що це самий стародавній виглядпалива, яке використовували наші далекі предки.

Як утворюється кам'яне вугілля

Для утворення вугілля потрібна велика кількість рослинної маси. І краще, якщо рослини накопичуються в одному місці і не встигають повністю розкладатися. Ідеальне місце для цього – болота. Вода в них бідна на кисень, що перешкоджає життєдіяльності бактерій.

У болотах накопичується рослинна маса. Не встигаючи повністю згнити, вона спресовується наступними відкладеннями ґрунту. Так виходить торф – вихідний матеріал для вугілля. Наступні пласти ґрунту ніби запечатують торф у землі. В результаті він повністю позбавляється доступу кисню та води та перетворюється на вугільний пласт. Процес цей тривалий. Так, більшість сучасних запасів кам'яного вугілля утворилися за доби палеозою, т. е. понад 300 млн. років тому вони.

Характеристики та види кам'яного вугілля

(Буре вугілля)

Хімічний склад вугілля залежить від його віку.

Наймолодший вид – буре вугілля. Він залягає на глибині близько 1 км. Води в ньому ще багато – близько 43%. Містить велику кількість летких речовин. Добре спалахує і горить, але тепла дає мало.

Кам'яне вугілля - такий собі "середнячок" у цій класифікації. Залягає на глибинах до 3 км. Так як тиск верхніх пластів більший, то і вміст води в кам'яному куті менше - близько 12%, летких речовин - до 32%, зате вуглецю міститься від 75% до 95%. Він також легко спалахує, але горить краще. А за рахунок малої кількості вологи дає більше тепла.

Антрацит- Стародавніша порода. Залягає на глибинах близько 5 км. У ньому більше вуглецю і практично немає вологи. Антрацит - тверде паливо, погано спалахує, зате питома теплота згоряння найвища - до 7400 ккал/кг.

(Вугілля антрацит)

Втім, антрацит – це не кінцева стадія перетворення органічної речовини. Потрапляючи в жорсткіші умови, вугілля трансформується в шунтит. За більш високих температур виходить графіт. А відчуваючи надвисокий тиск, вугілля перетворюється на алмаз. Всі ці речовини – від рослини до алмазу – складаються з вуглецю, лише молекулярна структура різна.

Крім основних "інгредієнтів" до складу вугілля часто входять різні "породи". Це домішки, які згоряють, а утворюють шлак. Міститься у вугіллі та сірка, причому її вміст обумовлюється місцем утворення вугілля. При згорянні вона взаємодіє з киснем та утворює сірчану кислоту. Що менше домішки у складі вугілля, то вище цінується його сорт.

Родовище кам'яного вугілля

Місце залягання кам'яного вугілля називають вугільним басейном. У світі відомо понад 3,6 тисячі вугільних басейнів. Їхня площа займає близько 15% території земної суші. Найбільший відсоток покладів світового запасу вугілля в США – 23%. На другому місці – Росія, 13%. Замикає трійку країн-лідерів Китай – 11%. Найкращі великі покладивугілля у світі перебувають у США. Це Аппалацький кам'яновугільний басейн, чиї запаси перевищують позначку 1600 млрд. тонн.

У Росії найбільший вугільний басейн - Кузнецький, що в Кемеровській області. Запаси Кузбасу становлять 640 млрд тонн.

Перспективна розробка родовищ у Якутії (Ельгінське) та Тиві (Елегестське).

Видобуток кам'яного вугілля

Залежно від глибини залягання вугілля застосовують або закритий спосіб видобутку або відкритий.

Закритий, чи підземний метод видобутку. Для цього методу будують шахтні стволи та штольні. Шахтні стволи будують, якщо глибина залягання вугілля 45 метрів та вище. Від неї ведуть горизонтальний тунель – штольню.

Існують 2 системи закритого видобутку: камерно-стовпова та видобуток довгими очисними вибоями. Перша система менш економічна. Її використовують лише у випадках, коли виявлені пласти потужні. Друга система набагато безпечніша і практичніша. Вона дозволяє витягувати до 80% породи і поступово доставляти вугілля на поверхню.

Відкритий метод застосовують, коли вугілля залягає неглибоко. Для початку проводять аналіз твердості ґрунту, з'ясовують ступінь вивітрюваності ґрунту та шаруватість шару, що покриває. Якщо ґрунт над пластами вугілля м'який, достатньо використання бульдозерів та скреперів. Якщо верхній пласт товстий, то приганяють екскаватори та драглайни. Потужний шар твердої породи, що пролягає над вугіллям, підривають.

Застосування кам'яного вугілля

Область використання кам'яного вугілля просто величезна.

З вугілля добувають сірку, ванадій, германій, цинк, свинець.

Саме вугілля - чудове паливо.

Використовується в металургії для виплавки заліза при виробництві чавуну, сталі.

Отриману після спалювання вугілля золу використовують у виробництві будівельних матеріалів.

З вугілля після його спеціальної обробки одержують бензол та ксилол, які використовують у виробництві лаків, фарб, розчинників, лінолеуму.

Шляхом зрідження вугілля одержують першокласне рідке паливо.

Вугілля – сировина для отримання графіту. А також нафталіну та ще ряду ароматичних сполук.

В результаті хімічної обробки кам'яного вугілля на сьогоднішній день одержують понад 400 видів промислових продуктів.

Сьогодні кам'яне вугілля набуло найширшого поширення. З його допомогою отримують електричну енергію, рідкісні та розсіяні елементи, графіт. Вугілля - це важлива сировина у хімічній та металургійній промисловості. Саме тому запит «купити кам'яне вугілля» трапляється дуже часто.

Росія може похвалитися величезними запасами вугілля, басейни та родовища яких розосереджені по всій країні. Вони різняться за геологічною будовою, якістю вугілля, вугленасиченістю та віком відкладень. Залежно від структурних ознак басейни Росії класифікуються на складчасті, перехідні та платформні.

Більшість родовищ містить кам'яні гумусові вугілля, серед яких основне місце належить коксівним сортам. Основні басейни: Донецький, Печорський, Южно-Якутський та Кузнецький. Родовища бурого вугілля зустрічаються в районах Східного Сибіру та Уралу, а також у Підмосковному басейні.

Родовища вугілля нерівнозначні за якістю викопного, обсягом його запасів і займаної площі. Крім того, вони, як і девелоперські компанії, розташовані у різних регіонах країни. Сьогодні вугілля видобувається біля десяти вугільних басейнів. Найбільшими родовищамивважаються Кузнецький, Кансько-Ачинський, Горлівський басейн та Східний Донбас.

Кузнецький басейн є основною вугільною базою країни і забезпечує половину від загального обсягу сировини, що видобувається. Майже дванадцять відсотків видобутку ведеться у відкритий спосіб. Кансько-Ачинський басейн постачає буре вугілля, яке вважається найдешевшим у країні. Через низьку якість він малотранспортабельний, тому в основному забезпечує роботу потужних теплових електростанцій, що працюють на базі найбільших розрізів. Печорський басейн дає чотири відсотки видобутку вугілля у країні. Він розташований далеко від промислових центрів, видобуток ведеться лише у шахтах.

Видобуток кам'яного вугілля

Вугілля видобувається двома основними способами - закритим та відкритим. У першому випадку це шахти чи розрізи. Шахта - складне гірське підприємство з видобутку вугілля у підземний спосіб. У середньому вона працює близько сорока років. Вугілля видобувається шарами, кожен із яких виймається приблизно десять років. Після цього відбувається реконструкція горизонту та розробка глибшого шару. Розріз передбачає виїмку вугілля уступами та послідовними смугами. Добуте в шахтах і розрізах вугілля відправляється безпосередньо споживачеві або на збагачувальні фабрики, де спочатку сортується, а потім збагачується.

До перспективних вугільних басейнів відносяться Ленський, Тунгуський та Таймирський. Вони займають значні площі в малообжитих районах Сибіру та Далекого Сходу. Сьогодні видобуток вугілля у західних регіонах поступово скорочується, а у східних – зростає. Одним із найстаріших басейнів є Донбас. Вугілля має високу якість, чим відрізняється від продукції конкурентів.

З давніх-давен кам'яне вугілля є джерелом енергії для людства, не єдиним, але широко застосовуваним. Іноді його порівнюють із сонячною енергією, законсервованою у камені. Його спалюють, отримуючи тепло для опалення, нагріваючи воду, на теплових станціях перетворюють на електрику, використовують для виплавки металів.

З розвитком нових технологій навчилися використовувати кам'яне вугілля як для отримання енергії шляхом спалювання. Хімічна промисловість успішно освоїла технології виробництва, рідкісних металів - галію та германію. Вилучаються з нього композиційні вуглеграфітові матеріали з високим вмістом вуглецю, газоподібне паливо високої калорійності, відпрацьовано методики виробництва пластмаси. Найнижче сортове вугілля, його дуже дрібну фракцію і вугільний пилпереробляють і, які відмінно підходять для опалення як виробничих приміщень так і приватних будинків. Усього за допомогою хімічної переробки кам'яного вугілля виробляють понад 400 найменувань продукції, коштуватиме які можуть у десятки разів більше, ніж вихідний продукт.

Люди вже кілька століть активно використовують вугілля як паливо для отримання та перетворення енергії, з розвитком хімічної промисловості та потреб рідкісних та цінних матеріалів в інших галузях потреба у кам'яному куті зростає. Тому інтенсивно ведеться розвідка нових родовищ, будуються кар'єри та шахти, підприємства з переробки сировини.

Коротко про походження кам'яного вугілля

На нашій планеті багато мільйонів років тому у вологому кліматі бурхливо розвивалася рослинність. З того часу минуло 210...280 мільйонів років. Тисячоліттями, мільйонами років, мільярди тонн рослинності відмирали, накопичувалися на дні боліт, покривалися шарами наносів. Повільне розкладання в безкисневій атмосфері під потужним пресом води, піску, інших порід, іноді в умовах високих температур через близьке розташування магми, призвело до скам'яніння верств цієї рослинності, з поступовим переродженням у вугілля різного ступеня вуглефікації.

Основні російські родовища та видобуток кам'яного вугілля

На планеті налічують запаси кам'яного вугілля понад 15 трильйонів тонн. Найбільші видобутки корисних копалин припадають на кам'яне вугілля приблизно по 0,7 тонни на людину, це більше 2,6 мільярда тонн на рік. У Росії кам'яне вугілля є у різних регіонах. Він має різні характеристики, особливості та глибину залягання. Ось найбільші басейни кам'яного вугілля, що успішно розробляються:

Активне використання сибірських та далекосхідних родовищ обмежує їхню віддаленість від промислових європейських регіонів. У західній частині Росії також видобувається вугілля із відмінними показниками: у Печерському, Донецькому вугільних басейнах. У Ростовській області активно розробляють локальні родовища, найперспективніше їх — Гуковское. Переробка кам'яного вугілля з цих родовищ дає марки кам'яного вугілля. високої якості- Антрацити (АС та АТ).

Основні якісні характеристики кам'яного вугілля

Для різних галузей промисловості потрібні різні марки вугілля. Якісні показники його змінюються в широких межах навіть у тих, які мають однакове маркування та багато в чому залежать від родовища. Тому підприємства, перш ніж закуповувати вугілля, знайомляться з такими його фізичними характеристиками:

За ступенем збагачення кам'яне вугілля поділяють:

• - Концентрати (спалюють для опалення в парових котлах та отримання електроенергії);
• - промислові продукти, що використовуються в металургійній галузі;
• — Шлам, фактично, це дрібна фракція (до 6мм) і пил після дроблення породи. Спалювати таке паливо проблематично, тому з нього формують брикети, що мають хороші експлуатаційні характеристики і використовують у побутових твердопаливних котлах.

За ступенем вуглефікації:

• — Буре вугілля, це частково сформоване кам'яне вугілля. Має невисоку теплоту згоряння, при перевезенні та зберіганні кришиться, має схильність до самозаймання;
• - Кам'яне вугілля. Має безліч різних марок(Сортів) з різними характеристиками. Має широку сферу використання: металургія, енергетика, ЖКГ, хімічна промисловістьі т.п.
• — Антрацити — найякісніша форма кам'яного вугілля.

Якщо порівнювати торф та кам'яне вугілля, теплота згоряння вугілля вища. Сама низька теплотазгоряння біля бурого вугілля, найвища - у антрацитів. Однак, виходячи з економічної доцільності, великим попитомкористується простий кам'яне вугілля. У нього оптимальне поєднання ціни та питомої теплотигоріння.

Різних характеристик вугілля дуже багато, але далеко не всі вони можуть мати значення при виборі вугілля для опалення. У цьому випадку важливо знати лише кілька ключових параметрів: зольність, вологість та питому теплоємність. Може бути важливим є вміст сірки. Інші потрібні при доборі сировини на переробку. Що важливо знати при виборі вугілля, це розміри: наскільки великі шматки вам пропонують. Ці дані зашифровані у назві марки.

Класифікація за розмірами:

Класифікація за марками та їх коротка характеристика:

Залежно від характеристик кам'яного вугілля, його марки, типу та фракції зберігається він. різний час. (У статті є таблиця, де вказано терміни зберігання вугілля залежно від родовища та марки).

Особливу увагу слід приділяти захисту вугілля при тривалому його зберіганні (понад 6 місяців). В цьому випадку потрібен спеціальний вугільний сарай або бункер, де паливо буде захищене від опадів та прямого сонячного світла.

Великі купи вугілля при тривалому зберіганнівимагають контролю температури, тому що за наявності дрібних фракцій у поєднанні з вологою та високою температурою мають схильність до самозаймання. Бажано придбати електронний термометрта термопару з довгим шнуром, яку закопати у центрі вугільної купи. Перевіряти температуру потрібно один-два рази на тиждень, тому що деякі марки вугілля самозаймаються при зовсім невисоких температурах: бурі – при 40-60 про C, решта – 60-70 про C. Рідко трапляються випадки самозаймання антрацитів та напівантрацитів (у Росії такі випадки не зареєстровані).