Těžba uhlí – otevřené, uzavřené a hydraulické metody

Uhlí je fosilní palivo, které vzniká v důsledku geologických procesů z rostlinných zbytků. Navzdory rychlému rozvoji těžby ropy a plynu zůstává důležitým zdrojem energie po celém světě. Jeho těžba využívá řadu metod a zařízení přizpůsobených specifickým geologickým podmínkám a vlastnostem uhelných slojí.

Specifika těžby uhlí

Těžba uhlí má řadu jedinečných rysů, které ji odlišují od jiných druhů těžby:

• Velká hloubka výskytu. Uhelné sloje často leží ve značných hloubkách, což vyžaduje použití specializovaných metod těžby hornin a zajištění bezpečnosti samotného procesu.
• Vysoká křehkost. Uhlí se vyznačuje vysokou křehkostí, což komplikuje jeho těžbu ze slojí a vyžaduje použití speciálního zařízení.
• Dostupnost doprovodného plynu. Uhelné sloje často obsahují metan a další související plyny, což vytváří riziko výbuchů a požárů.
• Vysoké náklady na vývoj. Ve velkých hloubkách a za obtížných geologických podmínek se těžba ložisek stává kapitálově náročnou. Pro udržení ziskovosti produkce je nutné hledat nové metody a zavádět do procesu inovativní technologie.

Metody těžby uhlí

V závislosti na geologických podmínkách a hloubce výskytu fosilních paliv se používají dvě hlavní metody těžby hornin.

Podzemní těžba

Vývoj se provádí v podzemí, k tomuto účelu se používají následující metody:

• Metoda podélné stěny. Používá se k těžbě uhelné horniny z tenkých a středních slojí. Vytvoří se dlouhý úzký porub, který je podepřen ocelovými nosníky a spojovacím materiálem. Hornina se těží pomocí kombajnů nebo vrtných souprav a přepravuje se na dopravnících na povrch.
• Metoda krátkého obličeje. Používá se k těžbě uhlí z tlustších slojí. Poruby jsou kratší a užší a uhlí se řeže a přepravuje podobným zařízením jako u metody s postranními stěnami.
• Sloupcová výkopová práce. Tato metoda je vhodná pro těžbu nerostů ze slojí, které jsou příliš silné nebo strmé na to, aby se daly těžit jinými metodami. Uhelná sloj je rozdělena na pilíře a každý z nich je postupně rozvíjen.

Povrchová těžba

Tato technologie zahrnuje těžbu horniny na povrchu. V závislosti na hloubce, ve které se ložiska horniny nacházejí, se používají následující možnosti těžby:

• Rozvoj lomu. Tato metoda se používá k těžbě uhlí blízko povrchu. Nadloží (zemina a hornina) se odstraňuje pomocí bagrů a sklápěčů, čímž se odhaluje uhelná sloj. Hornina obsahující uhlí se poté vytěží pomocí bagrů a přepraví na povrch.
• Vývoj s řezáním a vyplňováním. Tato metoda se používá, když je uhelná sloj hlouběji pod povrchem. Nadloží se odstraní a uhlí se vytěží bagry. Prázdný prostor se poté zaplní dříve odstraněným nadložím.

Volba metody těžby uhlí závisí na geologických podmínkách, hloubce výskytu, mocnosti slojí a dalších faktorech. Podzemní těžba se obvykle používá pro hluboké nebo tenké sloje a povrchová těžba pro ložiska, kde se fosilní palivo nachází blízko povrchu.

Ložiska uhlí v Rusku

Rusko má jedny z největších zásob uhlí na světě. Hlavní ložiska jsou soustředěna v následujících regionech:

• Kuzněcká uhelná pánev (Kuzbass). Nachází se v jižní Sibiři, v Kemerovské oblasti, a obsahuje asi 40 % prozkoumaných zásob v zemi.
• Kansko-ačinská uhelná pánev. Nachází se ve střední Sibiři, v Krasnojarském kraji. Je to druhá největší uhelná pánev v Rusku, která obsahuje asi 20 % prozkoumaných zásob.
• Pečorská uhelná pánev. Nachází se na severu evropské části Ruska, v republice Komi, a obsahuje přibližně 15 % prozkoumaných zásob.
• Doněcká uhelná pánev (Donbass). Nachází se na jihu evropské části Ruska, v Rostovské, Luhanské a Doněcké oblasti.

Celkový objem prokázaných zásob uhlí v Rusku je přibližně 175 miliard tun, což z země dělá jednu z předních uhelných mocností na světě.

Zařízení pro těžbu uhlí

Rozvoj a těžba uhelných slojí je složitý mechanizovaný proces, který vyžaduje použití nejrůznějšího zařízení. V současné době je v této oblasti zájem o následující typy zařízení:

• Moje kombajny. Automatizované stroje určené k vyřezávání uhlí z materiálové struktury. Vybavené rotujícími řezacími bubny, které vyřezávají uhlí ze sloje. Mohou být jednobubnové nebo vícebubnové.
• Stroje na těžbu uhlí. Používá se k vrtání otvorů v uhelných slojích pro umístění výbušnin. Vybaven rotačními vrtacími hlavami, které vrtají otvory dané hloubky a průměru. Může být elektrický nebo hydraulický.
• Transportéry. Zařízení používané ke zvedání horniny z dolu na povrch. Existují různé typy dopravníků, například pásové, škrabkové a šnekové. Vhodná možnost se vybírá na základě produktivity dolu a těžebních podmínek.
• Bagry. Výkonné stroje používané k odstraňování nadloží (hornin pokrývajících ložiska) a povrchové těžbě. Vybavené lopatami nebo koly, které ryjí a nakládají uhlí do dopravních prostředků.
• Drtiče. Jejich účelem je rozdrtit vytěženou surovinu na požadovanou velikost. Podle konstrukce jsou drtiče kuželové, čelistní a kladivové. Volba drticího zařízení je založena na tvrdosti suroviny a velikosti výsledné frakce.
• Obohacovací zařízení.Obohacování je nezbytné k očištění vytěžené uhelné suroviny od nečistot (hornina, popel). V různých fázích se k oddělení uhlí od nečistot používají metody, jako je praní, flotace a třídění.
• Dopravníky. Jsou potřebné k přepravě produktů z jednoho místa na druhé v dole nebo ve zpracovatelském závodě. Podle své konstrukce mohou být dopravníky pásové, deskové nebo šnekové.

Kromě toho musí mít každé pracoviště ventilační a bezpečnostní systém. Ventilátory, ventilační potrubí a systémy regulace vzduchu se používají k přívodu čerstvého vzduchu a odstraňování škodlivých plynů a prachu. K ochraně horníků před nebezpečími spojenými s těžbou uhlí se používají osobní ochranné prostředky, systémy detekce plynů, hasicí zařízení a záchranné vybavení.

Technologie těžby uhlí

Kromě tradičních metod těžby uhlí se v současné době vyvíjejí a zavádějí nové technologie, které zlepšují efektivitu a bezpečnost procesu. Například mechanizované komplexy kombinují těžební a tunelovací stroje, řídicí a monitorovací systémy. Automatizované řídicí systémy umožňují dálkové ovládání zařízení a zajišťují optimální parametry těžby hornin. Moderní geofyzikální výzkumné metody umožňují zvýšit přesnost při určování polohy a charakteristik ložisek, a tím optimalizovat plán těžby uhlí.

Aktivně se zavádějí i technologie, které pomáhají snižovat zátěž životního prostředí. Těžební společnosti přecházejí od zastaralých metod rozvoje k efektivnějším a bezpečnějším metodám rekultivace půdy a zachycování metanu.

Těžba uhlí je složitý technologický proces, který vyžaduje mnoho zdrojů a zařízení. Používá se v průmyslu, pro zemědělské potřeby a k výrobě elektřiny. Ve světě má velkou hodnotu, fosilie se nazývá černé zlato, ropa. Jak vypadá těžba a zpracování uhlí a jak se toto odvětví vyvíjelo v jednotlivých zemích od starověku až po současnost?

Historie těžby černého zlata ve světě

Uhelný průmysl se začal rozvíjet již ve starověku. Prvními zeměmi, které ho používaly jako palivo, byly Řecko a Čína. Nejčastěji se používalo k vytápění místností, později k tavení kovů. Před 3000 315 lety si v Číně uvědomili, že jeho spalování je mnohem efektivnější než získávání tepla ze dřeva a jiných surovin. V roce XNUMX jako první studoval jeho vlastnosti vědec Theophrastos, který mu dal výmluvné jméno – antrax, což v řečtině znamená „hořící kámen“.

O původu tohoto fosilního paliva existuje mnoho teorií. Někteří se domnívali, že vzniklo v důsledku vysokých teplot během sopečné erupce. První ložiska byla nalezena v jejich blízkosti – poblíž tektonických zlomů, kde se ložiska nacházela nejblíže k zemi. Vzhledem k jeho hořlavým vlastnostem někteří vědci naznačovali, že se jedná o ztuhlou ropu.

Později vědci zjistili, že uhlí je rostlinného původu, a dokonce se jim podařilo zjistit, které druhy stromů převládají v konkrétní fosilní vrstvě.

Někteří vědci se přiklánějí k názoru, že fosilní paliva vznikla v důsledku potopy (prototypu té biblické), kvůli které bylo mnoho rostlin pohřbeno pod vrstvami sedimentárních hornin.

Uhlí bylo nalezeno náhodou, během zvětrávání a sesuvů hornin se na povrchu objevovaly kusy zvláštního materiálu, který měl černou barvu a třpytil se na slunci. Těžilo se ručně, za použití primitivního vybavení. Děti také sbíraly kusy na pobřeží, zejména po přílivech a bouřích. S těžením začaly až v roce 1113, ale i tato produkce měla daleko k modernímu stavu. Těžba uhlí byla považována za jednu z nejnebezpečnějších, v dolech pracovaly nižší vrstvy obyvatelstva, které dostávaly pouhé haléře.

Nejrozšířenější využití uhlí bylo ve vysokých pecích: v kovárnách, při zpracování kovů, v cihelnách. Bylo ceněno pro svou tepelnou kapacitu při spalování, s jeho pomocí bylo možné udržovat vysokou teplotu po dlouhou dobu.

S příchodem parních strojů se toto palivo stalo součástí pohonných systémů na parnících, v automobilech a dalších zařízeních fungujících na tomto principu. Nyní se na těžbě nepodílejí jen lidé, ale také obrovské množství zařízení a množství surovin získaných ročně dosahuje miliard tun.

První údaje o hledání ložisek uhlí pro průmyslové využití pocházejí z roku 1491, kdy moskevský velkokníže Ivan III. organizoval expedice do horských pásem. Vybral si oblast Pečory – jeden z největších uhelných dolů v dnešním Rusku.

K nejrozsáhlejšímu rozvoji uhelných dolů došlo za Petra Velikého, byl iniciátorem vzniku dolů na Uralu, Donbasu, Kuzněcku, Dálném východě a v okolí Moskvy. Nešetřil penězi na financování těžebního průmyslu, snažil se zavést nové technologie, které usnadňovaly lidem práci a zvyšovaly produkci.

Během sovětské éry byla těžba fosilních paliv přisuzována zvláštní roli. Dělníci byli vysoce ceněni a dokonce byl zaveden celosvazový svátek – Den horníků – na počest jejich těžké a nebezpečné práce. Uhlí se nazývalo „chlebem průmyslu“ a již dříve se používalo k výrobě energie v tepelných elektrárnách.

V dnešní době dosáhl těžba uhlí velkých výšin, ale mnoho zemí se spolu se zaváděním nejrůznějších inovativních technologií snaží tento zdroj stáhnout z provozu. Všechno se točí kolem environmentálního rizika, které z jeho používání vyplývá. Při spalování paliva vzniká obrovské množství oxidu uhličitého, jednoho z viníků skleníkového efektu.

Ukazuje se, že název hnědé a černé uhlí nebyl dán kvůli barvě suroviny. Dříve se pro určení „tučnosti“ horniny kreslila přes bílý povrch. Získával se černý nebo hnědý pruh, který dal fosilii odpovídající název.

Jak se těží uhlí v moderních dolech

Přestože se výroba nikdy nezastavila a neustále se modernizuje, některé země ji stále těží ruční silou. Za zmínku lze jmenovat Indii, kde se obyvatelé měst v blízkosti ložisek zabývají sběrem uhlí. Do tohoto procesu jsou zapojeny i malé děti, které se snaží pomoci rodičům vydělávat peníze. Vesnici Džhária dokonce říkali peklo na zemi, protože vzduch je tam plný uhelného prachu a toxických plynů, suroviny se často samovolně vznítí.

Hlavní metody těžby uhlí

V rozvinutějších zemích není tento problém tak výrazný. Těžba se provádí pomocí specializovaného zařízení a u některých procesů se lidé ani neúčastní.

V současné době se široce používají 3 typy těžby uhlí:

• Lom nebo řez;
• Moje;
• Hydraulické.

Jejich použití závisí na hloubce ložiska nerostů, tvrdosti horniny a její dostupnosti.

Srovnávací tabulka metod těžby uhlí.

Vytvořte s námi budoucnost

Připojte se k našemu týmu: vytváříme fintech služby pro 28 milionů klientů a jsme o 5 let napřed na trhu. Pracujeme pro výsledky a děláme více, než se od nás očekává.

Kariéra	Shakhtny	Hydraulické
Pros	Nízké náklady zabezpečení Rychlý rozvoj ložisek	Relativně šetrné k životnímu prostředí Vysoce kvalitní uhlí Velká díla	Ekologicky šetrné Nevyžaduje zapojení obrovského množství lidských zdrojů Relativně levné Nepoškozuje základy planety
Omezení	Kvalita těženého uhlí Není ekologické	Není to bezpečný způsob Intenzita práce Nákladová cena je velmi vysoká	Spotřeba obrovského množství vody Nízká produktivita

Způsob kariéry

Povrchová těžba uhlí se provádí tam, kde leží pod zemí v hloubce nejvýše 500 metrů. K těžbě těchto ložisek se používají jeřáby, které odstraňují vrstvu hlušiny. Nazývají se vlečné jeřáby. Jeřáby se skládají z kabiny, výložníku a lžíce. Pro pohyb po lomu jsou upevněny na kolejnicích nebo stojí na kolejích.

K uvolňování horniny se používají i výbušniny, ale kvůli nebezpečí se od nich ve většině průmyslových odvětví upustilo. Po vyprázdnění ložiska se prázdná půda zasype, území se srovná a obohatí hnojivy. Na vrchol se vysazují stromy, aby se obnovil nebo zlepšil ekosystém oblasti. Povrchová těžba uhlí stále poškozuje přírodu – narušuje se ekologická situace, vysychají podzemní vody.

Hnědé uhlí se nachází relativně mělce, v hloubce 300-400 metrů, proto se k jeho těžbě používá i otevřená metoda. Místa vývoje ložisek se obvykle nazývají povrchové doly, protože jsou dlouhá a úzká, což je patrné zejména z vesmíru. Možná je to jejich jediný rozdíl od lomů, protože technologie získávání surovin je stejná.

Pak přicházejí na řadu menší stroje, které kypřejí horninu a nakládají ji do vagónů, které se posílají do výroby. Uhlí se nasype na dopravníkovou jednotku a posílá se do výroby, obohacovacích stanic nebo tepelných elektráren.

Moje metoda

Podzemní těžba uhlí je starší a technologicky vyspělejší způsob získávání surovin. Velké množství nerostu leží v hloubce více než 500 metrů a odstraňování svrchní horniny by bylo nerentabilním, pracným a drahým procesem. Stavba dolu se provádí tímto způsobem – vybuduje se šachta, hlavní šachta, kterou následně sestoupí veškeré zařízení a pracovníci.

Když dosáhne maximální možné hloubky, provedou se ve švu vodorovné řezy, položí se kolejnice a spustí se hlavní zařízení. Všechny stěny jsou vyztuženy sloupky nebo prstenci, aby se zabránilo zhroucení v důsledku vibrací.

Nejhlubší uhelný důl se nachází v Doněcké uhelné pánvi na Ukrajině. V současné době dosahuje 2043 XNUMX metrů.

Pro bezpečnost pracovníků je velmi důležité zajistit neustálé větrání dolu, aby se snížila koncentrace metanu, a ohřívat vzduch, pokud to vyžadují klimatické podmínky.

Těžba uhlí v dolech se provádí pomocí zařízení, která drtí sloje a posílají je na povrch. Mastodontem je v této oblasti tunelovací stroj. Vykopává surovinu ze sloje a posílá ji na povrch po dopravním pásu. V místech, kde se vyskytuje tvrdá hornina, se používá mírně odlišné zařízení.

Kombajn je vybaven vrtákem s obrovskými zuby, které drtí horninu, jak se pohybuje hlouběji do dolu. Dále je instalován čisticí kombajn, který odstraňuje přebytečné štěpky a drtí velké kusy horniny, aby se mohly pohybovat po dopravníku nahoru.

Další důležitou součástí, kterou nelze u uzavřené metody těžby uhlí ignorovat, je čerpání vody. V místech výskytu se mohou vyskytovat i podzemní řeky, které značně zatěžují produkci a jsou nebezpečné pro pracovníky. Pokud jsou porušeny normy, selže zařízení, které vodu čerpá, může prorazit do šachty dolu a zaplavit odbočky. To povede k poruše zařízení a smrti pracovníků nebo jejich uvěznění v podzemí.

Hydraulická metoda

Hydraulická metoda je nejnovější a v současné době se modernizuje, aby se minimalizovala spotřeba vody při těžbě uhlí. První zařízení bylo vynalezeno v SSSR ve 30. letech XNUMX. století. Toto zařízení se nazývá mechanicko-hydraulický kombajn. Používá se k uvolňování horniny a jejímu oddělování od hlavní vrstvy.

Odtékající voda prochází žlaby, kterými je dopravována k nízkotlakému čerpadlu. Tam je vytěžené uhlí dehydratováno, přivedeno k dopravníku a odvezeno ven. Voda je čištěna tak, aby zbývající částice nepoškodily hydraulické zařízení. Tato metoda. Navzdory obrovskému množství výhod je hydraulická metoda méně produktivní.

Kopanka neboli těžba uhlí doma

Přestože se těžba uhlí provádí v průmyslovém měřítku, jedná se o složitý a pracný proces. Obyvatelé oblasti, kde se ložiska nacházejí, je sami rozvíjejí a využívají je pro své vlastní účely. Staví se velmi jednoduše, ale aby se tato metoda mohla realizovat, uhlí nesmí ležet hluboko.

V mnoha zemích se tato metoda používá pouze nelegálně, k prodeji uhlí na černém trhu. Může se jednat i o velký počet zapojených pracovníků, ale o používání pokročilého průmyslového zařízení nemůže být řeč. Jedná se o nejnebezpečnější a nejtěžší práci a normy nejsou nijak regulovány, protože majitel kopanky se stará jen o svůj vlastní zisk.

Nejúčinnější způsoby

Není možné říci, který typ těžby fosilií je výhodnější, protože to vše ovlivňuje mnoho faktorů. Můžete vykopat lom 1 km do země, ale to vyžaduje obrovské množství vybavení, času a může to také značně poškodit ekosystém. Těžba dolu na ložisku uhlí, které leží 300-400 metrů, však bude příliš drahá a taková místa ne vždy produkují vysoce kvalitní uhlí.

Pouze 8 % světových surovin se v současnosti těží hydraulickými metodami a ty jsou stále z velké části experimentální.

Lokality a metody těžby uhlí nejsou vybírány náhodně. Nejprve se posoudí velikost ložiska, kvalita surovin a terénní prvky. Teprve poté se na území doveze zařízení a odeberou se zkušební vzorky, aby se zajistila ziskovost výroby.