Уголь является одним из важнейших полезных ископаемых, которое человечество использует уже несколько сотен лет. Открытие месторождений угля положило начало промышленной революции и дало толчок развитию многих отраслей. Добыча "черного золота" ведется по всему миру, в том числе и в России. Но как именно происходит извлечение этого ценного ресурса из недр Земли? Давайте разберемся!
История добычи угля
Уголь стал одним из первых полезных ископаемых, которое человек начал использовать в качестве топлива. Еще в глубокой древности люди собирали выходы угля на поверхности земли и использовали его для отопления жилищ и приготовления пищи.
Первые упоминания об использовании угля датируются 4 веком до н.э. в Китае.
Однако промышленная добыча угля началась гораздо позже, в 18 веке в период промышленной революции. Именно это ископаемое позволило резко нарастить производство, заменив древесину в качестве основного источника энергии.
- 1709 год - начало добычи угля в России (Донбасс)
- 1763 год - изобретение паровой машины Джеймсом Уаттом
- 1769 год - первый в Европе металлургический завод на угле (Великобритания)
- 1830-1850 годы - начало промышленной добычи угля в США, Германии, Франции
Появление паровых двигателей и развитие металлургии, транспорта, военного дела резко увеличили спрос на уголь. В 19 веке добыча "черного золота" выросла в десятки раз по сравнению с предыдущим столетием. Так, в Великобритании в 1800 году было добыто около 15 млн тонн угля, а к 1900 году - уже 225 млн тонн.
Уголь и по сей день остается одним из основных энергоносителей в мире, несмотря на появление нефти, газа и альтернативных источников энергии.
Методы добычи угля
Существует два основных способа добычи угля:
- Открытый
- Подземный
Какой из них применяется на конкретном месторождении, зависит от глубины залегания угольного пласта.
Открытый способ
Открытый способ подразумевает разработку угольных месторождений, залегающих на небольшой глубине, обычно до 100 метров. В этом случае шахту не нужно проходить вглубь земли. Вместо этого используется тяжелая землеройная техника для вскрытия и разработки угольных пластов.
Наиболее распространена при открытой добыче техника:
- Бульдозеры
- Экскаваторы
- Драглайны
С помощью этих машин снимается пустая порода, которая покрывает залежи угля. Затем специальные экскаваторы или механические лопаты извлекают полезное ископаемое и грузят его в транспортные средства - автомобили, железнодорожные вагоны. После этого уголь отправляется на перерабатывающие предприятия.
Открытый способ имеет ряд преимуществ:
- Высокая производительность труда
- Низкая себестоимость добычи
- Лучшие условия труда рабочих
- Меньше рисков для здоровья и жизни шахтеров
Однако этот метод имеет и существенные недостатки:
- Сильное воздействие на окружающую среду
- Нарушение ландшафта местности
- Ограниченность применения небольшими глубинами
Подземный способ
Если угольные пласты залегают глубоко под землей (свыше 100 метров), применяется подземный способ добычи. В этом случае проходится ствол шахты - вертикальная выработка, соединяющая подземные горные выработки с поверхностью. По стволу шахтеры и грузы доставляются к месту добычи на специальных лифтах.
Основные элементы подземной шахты:
- Ствол
- Штреки - горизонтальные выработки
- Лавы - длинные подземные туннели, где ведется непосредственная добыча угля
- Забои - рабочие места на лавах
- Крепи - специальные конструкции, предотвращающие обрушение горных пород
- Вентиляционные шахты и трубопроводы
Добыча угля под землей ведется с помощью проходческих комбайнов и взрывных работ. Отбитый уголь грузится в вагонетки и по рельсовым путям доставляется к подъемнику, чтобы транспортировать его на поверхность.
Подземная добыча сложнее и дороже открытой, однако позволяет разрабатывать месторождения на больших глубинах вплоть до 1-1,5 км.
Самые глубокие угольные шахты в мире:
- Шахта Тауфик в Узбекистане - 1,6 км
- Шахта Комсомольская в России (Воркута) - 1,3 км
- Шахта Золотое в Украине - 1,2 км
Таким образом, открытый и подземный способы добычи дополняют друг друга, позволяя эффективно извлекать уголь на разных глубинах залегания.
Технологии обогащения угля
Добытый в шахтах или карьерах уголь редко используется в чистом виде. Чаще всего он содержит большое количество пустой породы и других примесей, которые ухудшают качество топлива.
Поэтому после извлечения из недр уголь направляют на обогатительные фабрики. Здесь его очищают от примесей - процесс называется обогащением.
Сухое обогащение угля
При сухом обогащении уголь очищается без использования воды. Этот способ основан на разделении частиц по крупности и плотности.
Основные методы сухого обогащения:
- Грохочение - сортировка на виброситах по крупности фракций
- Разделение в циклонах - используется центробежная сила
Преимущества сухого обогащения - простота, экологичность, низкие затраты. Недостаток - меньшая эффективность разделения по сравнению с мокрыми методами.
Мокрое обогащение угля
При мокром обогащении в процессе разделения используется вода. Это позволяет добиться лучшего качества очистки угля.
Основные технологии:
- Гравитационные методы - разделение в отсадочных машинах по плотности
- Флотационное обогащение - выделение угля вспениванием
- Фильтрация и сушка полученного концентрата угля
Мокрое обогащение эффективнее сухого, но требует больших затрат на оборудование и очистные сооружения.
Экологические аспекты добычи угля
Добыча угля оказывает сильное воздействие на окружающую среду. При открытом способе это проявляется в:
- Нарушении ландшафта, изменении рельефа местности
- Пылении, загрязнении атмосферы
- Загрязнении грунтовых вод
Подземная добыча также имеет экологические последствия:
- Образование провалов и осадки грунта на поверхности
- Сброс сточных вод с обогатительных фабрик
- Выброс метана - парникового газа
Для снижения вредного воздействия применяют:
- Очистные фильтры на фабриках и вентиляционных стволах шахт
- Утилизацию шахтного метана
- Рекультивацию нарушенных земель
- Переход на более "чистые" технологии добычи
Безопасность труда горняков
Добыча угля, особенно подземным способом, сопряжена с высокими профессиональными рисками для шахтеров.
Основные опасности подземной работы:
- Взрывы газа метана
- Обрушения горной породы
- Поражение электрическим током
- Пожары, затопления шахт
Для обеспечения безопасности труда в шахтах применяют:
- Тщательную вентиляцию горных выработок
- Контроль концентрации метана
- Прочные крепи туннелей и забоев
- Системы оповещения и спасения
- Средства индивидуальной защиты шахтеров
Современные тенденции в угледобыче
Несмотря на долгую историю, технологии добычи угля продолжают совершенствоваться. Направления развития:
- Повышение производительности труда
- Снижение себестоимости добычи
- Уменьшение экологического ущерба
- Автоматизация горных работ
- Улучшение безопасности труда
Внедряются роботизированные комплексы, системы дистанционного управления, новые способы подземной разработки с использованием высоконапорных струй жидкости или газов.
Несмотря на все достижения технического прогресса, "добывают уголь" остается нелегким и опасным трудом. А уголь по-прежнему является незаменимым энергоносителем для многих стран мира.
Угледобывающие регионы России
В России добыча угля ведется в нескольких крупных регионах.
Основные угледобывающие бассейны:
- Кузбасс
- Донбасс
- Печорский бассейн
В этих регионах работают десятки угледобывающих предприятий и сотни шахт. Добыча ведется как открытым способом в разрезах, так и подземным в шахтах.
Кузбасс является крупнейшим угольным бассейном России. Здесь "добывают уголь" такие компании как СУЭК, Кузбассразрезуголь, Южный Кузбасс.
В 2020 году в России было "добыто" 401 млн тонн угля. Эта отрасль играет важную роль в экономике страны, обеспечивая топливом электростанции, металлургию, жилищно-коммунальное хозяйство.
Экологические проблемы угледобычи
Деятельность угольной промышленности в России имеет и негативное влияние на окружающую среду.
Основные экологические проблемы:
- Загрязнение воздуха угольной пылью
- Загрязнение воды и почвы
- Нарушение ландшафтов при открытой добыче
- Провалы земли над шахтами
Для решения этих проблем "добывают" стараются:
- Внедрять пылеподавление на обогатительных фабриках
- Использовать современные системы очистки сточных вод
- Проводить рекультивацию отработанных карьеров
- Соблюдать технологии безопасной отработки шахт
Перспективы угольной промышленности в России
Несмотря на глобальный тренд снижения потребления угля, в России эта отрасль сохраняет свое значение.
Дальнейшее развитие угледобычи будет зависеть от:
- Спроса на угольную продукцию на внутреннем и внешних рынках
- Конкуренции с другими видами топлива
- Экологических ограничений
- Инвестиций в новые технологии добычи и переработки
Уголь надолго останется одним из ключевых полезных ископаемых для России.
Мировые лидеры по добыче угля
Основные мировые производители угля:
- Китай (около 3 млрд тонн в год)
- Индия
- США
- Индонезия
- Австралия
- Россия
Крупнейшие запасы угля сосредоточены в Китае, США, Индии. Уголь играет важную роль в энергобалансе многих стран Азии.
Основные направления экспорта угля - из России в Европу, из Австралии и Индонезии в страны АТР. Крупнейшие мировые импортеры угля - Япония, Южная Корея, Китай.
