Добыча каменного угля: особенности и способы. География каменноугольной промышленности мира. Уголь в России: основные месторождения, классификация угля и характеристика Где используется добываемый в российской федерации уголь

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).

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.

Угольное топливо человек использует с древних времён. Его горючесть и теплоотдача, длительность сохранения тепла в очаге стали спасением людей в холодные периоды, которые циклично сменяли друг друга на нашей планете. Уголь активно используется и в нынешние времена, в топливно-энергетическом комплексе он состоит в первой тройке сырья наряду с нефтью и газом.

Как образовывались угольные залежи?

Образовались угольные залежи на местах огромных зелёных массивов. Это древняя органика, которая осталась после гибели древесных насаждений. Для того, чтобы погибшие растения стали углём необходимы определённые условия: древесные остатки не должны сгнить под воздействием бактерий. Это возможно только при попадании их под болотную воду, а затем под землю, куда не поступает кислород. Уголь считается полезным ископаемым, добываемым из пластов горных пород, залегающих на различной глубине.

Как находят и разрабатывают угольные месторождения?

Места, где есть уголь, на планете уже давно разведаны. Его запасы в разных странах огромные, их хватит для нужд отопления и промышленности почти на три века. Но по оценкам геологов, их может быть больше , поскольку не во всех частях света проводились глубинные геолого-поисковые работы на предмет наличия угольного топлива. Разработка угольных месторождений актуальна и приносит ощутимый доход государствам, которые занимаются добычей этого твёрдого чёрного золота. Процесс разработки залежей ведётся в зависимости от рельефа местности и глубины залегания угольных пластов.

Когда меня пригласили посмотреть, как добывают уголь в Амурской области, я не сразу сориентировался, куда лететь. Москву и Амурскую область, где находятся угольные разрезы компании «Амурский уголь» (входит в холдинг «Русский Уголь»), разделяют тысячи километров, шесть часов полета и шесть часов разницы во времени. В полете высплюсь, подумал я, собрал аппаратуру, затянул часовые пояса потуже и полетел.

Сегодня в мы узнаем, как добывают бурый уголь.

Когда я приехал на залежи угля и сказал "карьер", меня сразу поправили - не «карьер», а "разрез". Разрез, потому что способ добычи угля таков, что при выемке пустой породы получаются длинные углубления в земле, которые похожи на разрезы. Если посмотреть на Северо-Восточный разрез близ города Райчихинска из космоса, то видно такую картину - характерные для добычи угля полосы в земле.

Добыча на Северо-Восточном разрезе (площадь 500 км2) ведется с 1932 г. Ерковецкий разрез (площадь месторождения 1250 км2) начал давать стране угля в 1991 году. Мощность угольного пласта здесь 3,5 - 5 метров.

Бурый уголь залегает не очень глубоко под землей, потому добывается открытым способом, который считается более безопасным, экономичным и быстрым. С первого взгляда на кусок угля возникает вопрос "почему он бурый, если он черный?" Но специалисты «Амурского угля» объяснили мне, что раньше качество угля определяли по следу черты, оставляемой на фарфоровой пластинке. Амурский уголь, как вы поняли, оставляет бурый след.

Бурый уголь менее калорийный, чем каменный и антрацит. Смотрим в википедию и выясняем, что калорийность, то есть теплота сгорания - количество выделившейся теплоты при полном сгорании массовой или объёмной единицы вещества. Есть у угля и другие параметры качества - содержание влаги и серы, летучих веществ и зольность. Все это тщательно анализируют отделы технологического контроля качества угля и углехимические лаборатории.

Но вернемся к процессу добычи твердого топлива. Все здесь, на первый взгляд, довольно просто - гигантский шагающий экскаватор драглайн вскрывает уголь (вынимает пустую породу), а экскаватор поменьше грузит уголь в вагоны. Вот и все! Но если бы это было так просто, от желающих добывать уголь не было бы отбоя. В реальности для добычи угля нужны большие инвестиции, опыт и знания, команда настоящих профессионалов с редкими сейчас навыками и умениями, а также обширный парк дорогостоящей горнотранспортной техники, свои ремонтные мастерские или заводы, автобазы, учебные центры… Не буду нагружать вас информацией о том, как геологи ищут уголь, как получают лицензию на добычу ископаемых, а сразу перейдем к самому интересному и понятному.

Добыча угля у меня всегда ассоциировалась с большими, нет, с огромными экскаваторами. Собственно на угольных разрезах они сразу бросаются в глаза из-за своего внушительного вида и величественной осанки - гордо вздернутые вверх стрелы сразу дают понять, что где-то здесь ведется добыча «черного золота».

В названии каждого экскаватора стоят аббревиатуры. Например, ЭШ 15/90 значит - Экскаватор Шагающий, 15 кубометров - объем ковша, а 90 метров - длина стрелы. Всего на разрезах «Амурского угля» задействовано 24 таких мастодонта, отличающихся длиной стрелы и объемом ковша. В одни ковши спокойно поместится уазик "буханка", а в другие - внедорожник Лэнд Крузер.

Вскрыша (выемка песчаника и глины) происходит так: машинист экскаватора опускает ковш на грунт, затем при помощи рычагов управления подтягивает его на себя, заполняя.

Потом машинист поворотом базы и стрелы переносит ковш в сторону отвалов и высыпает его. За месяц экипаж экскаватора должен вскрыть около 300 тыс. кубометров породы.

Там, где поработал драглайн, остаются горы пустой породы - отвалы. Поэтому местность, где добывают уголь, местами напоминает лунные пейзажи. Но только до тех пор, пока ведется добыча угля. После отработки участка, на нем незамедлительно проводят рекультивацию - разравнивают отвалы, подсыпают плодородный слой земли, высаживают деревья. Через несколько лет большинство людей и не заметят, что раньше здесь велась добыча угля и работали шагающие гиганты!

А пока по ландшафту разреза можно изучать геологию.

Кстати, после того, как драглайн добрался до угля, а потом уголь выбрали (то есть выкопали полностью на какой-то площади), разрез обратно засыпается той же породой - настоящее безотходное производство!

Для меня было открытием, что шагающие экскаваторы (и многие другие экскаваторы тоже) работают на электрической энергии. Каждый горный участок разреза получает электроэнергию от подстанции напряжением 35/6 кВ.

Вся техника на разрезах работает круглосуточно и без выходных: бригады трудятся посменно. Небольшие послабления в работе могут сделать лишь в случае аномально низкой температуры - когда гигантские ковши начинают намертво примерзать к земле.

Но подробнее о драглайнах я расскажу позже в отдельном посте. Следите за обновлениями.

Угольные пласты залегают близко к грунтовым водам, поэтому необходимо ее постоянно откачивать насосами. Здесь наглядно видно, какой слой породы был снят, чтобы добраться до залежей угля.

Ну, а дальше все просто - экскаватор ЭКГ-5А набирает уголь в ковш и грузит его сразу в вагоны, которые увезут его в рядовом виде потребителю или на участок сортировки угля.

В ковш экскаватора ЭКГ-5А помещается 5 кубометров угля, а для того чтобы заполнить стандартный вагон в него необходимо загрузить 13-14 ковшей угля.

На сортировку уголь привозят для того, чтобы разделить его на разные фракции. Местные Райчихинская ГРЭС и Благовещенская ТЭЦ потребляют уголь мелкой фракции, а более крупная идет на нужды ЖКХ, проще говоря, для отопления.

Так выглядит участок сортировки угля изнутри. Если не знаешь, что это и как работает, то следующее действо будет сюрпризом, как оно стало и для меня.

Это такая "карусель" для вагонов. Оператор со стороны проверяет, что вагон заехал на платформу вагоноопрокида, дает сигнал, и вагон, который стоит на платформе, поднимается вверх и опрокидывает содержимое в приемочный бункер.

Через несколько секунд этот громадный механизм (вагоноопрокидыватель боковой стационарный) ставит вагон в прежнее положение.

Впечатляющее зрелище!

После чего из приемника уголь по сложной системе конвейеров по специальной галерее отправляется на рассортировку, где с помощью грохотов и вибросит делится на разные фракции. Ну, а дальше в печь, чтобы давать электроэнергию и тепло.

На этом все! Спасибо, что дочитали.

Жми на кнопку, чтобы подписаться на "Как это сделано"!