Węgiel. Rozwój kopalń i zagłębień Jak wydobywa się węgiel

Największym segmentem przemysłu paliwowego jest górnictwo węgla kamiennego. Na całym świecie przewyższa liczebnie każdą inną pod względem liczby pracowników i ilości sprzętu.

Czym jest przemysł węglowy

Górnictwo węgla kamiennego obejmuje wydobycie węgla i jego późniejszą obróbkę. Prace prowadzone są zarówno na powierzchni jak i pod ziemią.

Jeżeli złoża znajdują się na głębokości nie większej niż 100 metrów, prace prowadzone są w kamieniołomach. Kopalnie służą do eksploatowania złóż na dużych głębokościach.

Klasyczne metody wydobycia węgla

Praca w kopalniach węgla i pod ziemią to główne metody wydobycia. Większość prac w Rosji i na świecie prowadzona jest w sposób otwarty. Wynika to z zysków finansowych i wysoka prędkość górnictwo.

Proces wygląda następująco:

• Za pomocą specjalnego sprzętu usuwa się górną warstwę ziemi pokrywającą złoże. Kilka lat temu głębokość robót ażurowych została ograniczona do 30 metrów, najnowsza technologia pozwoliło zwiększyć go o 3 razy. Jeśli wierzchnia warstwa jest miękka i mała, usuwa się ją koparką. Gruba i gęsta warstwa ziemi jest wstępnie zmiażdżona.
• Złoża węgla są ubijane i wywożone za pomocą specjalnego sprzętu do przedsiębiorstwa w celu dalszego przerobu.
• Pracownicy przywracają naturalną ulgę, aby uniknąć szkód środowisko.

Wadą tej metody jest to, że pokłady węgla położone na płytkiej głębokości zawierają zanieczyszczenia ziemi i innych skał.

Węgiel wydobywany pod ziemią jest uważany za czystszy i lepszej jakości.

Głównym zadaniem tej metody jest transport węgla z dużych głębokości na powierzchnię. W tym celu tworzone są przejścia: sztolnia (pozioma) i szyb (skośny lub pionowy).

W tunelach pokłady węgla są cięte specjalnymi kombajnami i ładowane na przenośnik, który unosi je na powierzchnię.

Metoda podziemna pozwala na wydobycie dużej ilości minerałów, ma jednak istotne wady: wysoki koszt i zwiększone zagrożenie dla pracowników.

Niekonwencjonalne metody wydobycia węgla

Metody te są skuteczne, ale nie mają masowej dystrybucji - w tej chwili nie ma technologii, które pozwalają jasno ustalić proces:

• Hydrauliczny. Wydobycie prowadzone jest w kopalni na dużych głębokościach. Pokład węgla jest kruszony i wyciągany na powierzchnię pod silnym ciśnieniem wody.
• Energia sprężonego powietrza. Jest zarówno destrukcyjny, jak i siła podnoszenia sprężone powietrze jest pod silnym ciśnieniem.
• Wibroimpuls. Formacje ulegają zniszczeniu pod wpływem potężnych wibracji generowanych przez sprzęt.

Metody te były stosowane w Związku Radzieckim, ale nie stały się popularne ze względu na konieczność dużych inwestycji finansowych. Tylko nieliczne spółki wydobywcze nadal stosują niekonwencjonalne metody.

Ich główną zaletą jest brak pracowników w obszarach potencjalnie zagrażających życiu.

Kraje wiodące w wydobyciu węgla

Według statystyk światowej energetyki opracowano ranking krajów, które zajmują czołowe pozycje w produkcji węgla na świecie:

1. Indie.
2. Australia.
3. Indonezja.
4. Rosja.
5. Niemcy.
6. Polska.
7. Kazachstan.

Od wielu lat liderem pod względem wydobycia węgla są Chiny. W Chinach eksploatowana jest tylko 1/7 dostępnych złóż, co wynika z faktu, że węgiel nie jest eksportowany poza granice kraju, a istniejące zasoby starczają na co najmniej 70 lat.

Na terenie Stanów Zjednoczonych złoża są równomiernie rozrzucone po całym kraju. Zapewnią krajowi swoje rezerwy przez co najmniej 300 lat.

Złoża węgla w Indiach są bardzo bogate, ale prawie cały wydobyty węgiel wykorzystywany jest w energetyce, ponieważ dostępne zasoby są bardzo niskiej jakości. Pomimo tego, że Indie zajmują jedną z czołowych pozycji, rzemieślnicze metody wydobycia węgla rozwijają się w tym kraju.

Zasoby węgla w Australii wystarczą na około 240 lat. Wydobywany węgiel posiada najwyższą ocenę jakościową, znaczna część jest przeznaczona na eksport.

W Indonezji poziom wydobycia węgla rośnie z roku na rok. Jeszcze kilka lat temu większość produkowanego surowca eksportowano do innych krajów, obecnie kraj ten stopniowo wycofuje się z użycia ropy, dlatego rośnie zapotrzebowanie na węgiel do konsumpcji krajowej.

Rosja posiada 1/3 światowych zasobów węgla, a nie wszystkie tereny kraju zostały jeszcze zbadane.

Niemcy, Polska i Kazachstan stopniowo ograniczają produkcję węgla ze względu na niekonkurencyjne ceny surowców. Większość węgla przeznaczona jest do konsumpcji krajowej.

Główne miejsca wydobycia węgla w Rosji

Rozwiążmy to. Wydobycie węgla w Rosji odbywa się głównie metodą odkrywkową. Złoża w całym kraju są rozrzucone nierównomiernie – większość z nich znajduje się w regionie wschodnim.

Najważniejsze złoża węgla w Rosji to:

• Kuznieck (Kuzbas). Jest uważany za największy nie tylko w Rosji, ale na całym świecie, położony na zachodniej Syberii. Wydobywa się tu węgiel koksowy i kamienny.
• Kańsko-Aczyńsk. Produkcja odbywa się tutaj.Pole znajduje się wzdłuż kolei transsyberyjskiej, zajmując część terytoriów obwodów Irkucka i Kemerowo, Terytorium Krasnojarskiego.
• Tunguskie zagłębie węglowe. Reprezentowany przez węgiel brunatny i kamienny. Obejmuje część terytorium Republiki Sacha i Terytorium Krasnojarskiego.
• Zagłębie węgla Peczora. Na tym złożu prowadzona jest eksploatacja. Prace prowadzone są w kopalniach, co umożliwia wydobycie wysokiej jakości węgla. Znajduje się na terytorium Republiki Komi i Jamalsko-Nienieckiego Okręgu Autonomicznego.
• Zagłębie węglowe Irkuck-Czeremchowo. Znajduje się na terenie Górnego Sajanu. Dostarcza węgiel tylko do pobliskich przedsiębiorstw i osad.

Do tej pory eksploatowanych jest pięć kolejnych złóż, które mogą zwiększyć roczną wielkość wydobycia węgla w Rosji o 70 mln ton.

Perspektywy dla górnictwa węgla kamiennego

Większość złóż węgla na świecie została już przebadana, z ekonomicznego punktu widzenia najbardziej obiecujące są 70 krajów. Szybko rośnie poziom wydobycia węgla: udoskonalane są technologie, modernizowane są urządzenia. Zwiększa to rentowność branży.

Węgiel to skała osadowa, która tworzy się w pokładach ziemi. Węgiel to doskonałe paliwo. Uważa się, że jest to najstarszy rodzaj paliwa używany przez naszych odległych przodków.

Jak powstaje węgiel

Do powstania węgla konieczne jest duża ilość masa roślinna. I lepiej, jeśli rośliny gromadzą się w jednym miejscu i nie mają czasu na całkowity rozkład. Idealnym miejscem do tego są bagna. Woda w nich jest uboga w tlen, co uniemożliwia żywotną aktywność bakterii.

Na bagnach gromadzi się masa roślinności. Nie mając czasu na całkowite zgnicie, jest ściskany przez następujące osady gleby. W ten sposób pozyskuje się torf – surowiec wyjściowy do węgla. Kolejne warstwy gleby niejako uszczelniają torf w ziemi. W efekcie jest całkowicie pozbawiony dostępu do tlenu i wody i zamienia się w pokład węgla. Ten proces jest długotrwały. Tak więc większość współczesnych zasobów węgla powstała w erze paleozoicznej, czyli ponad 300 milionów lat temu.

Charakterystyka i rodzaje węgla

(brązowy węgiel)

Skład chemiczny węgla zależy od jego wieku.

Najmłodszy rodzaj brązowy węgiel. Leży na głębokości około 1 km. Wciąż jest w nim dużo wody - około 43%. Zawiera dużą ilość substancje lotne. Dobrze się zapala i pali, ale daje mało ciepła.

Węgiel kamienny jest w tej klasyfikacji rodzajem „półproduktu”. Występuje na głębokości do 3 km. Ponieważ ciśnienie górnych warstw jest większe, zawartość wody w węglu jest mniejsza - około 12%, substancje lotne - do 32%, ale węgiel zawiera od 75% do 95%. Jest również wysoce łatwopalny, ale spala się lepiej. A ze względu na niewielką ilość wilgoci daje więcej ciepła.

Antracyt to starsza rasa. Występuje na głębokości około 5 km. Ma więcej węgla i prawie nie ma wilgoci. antracyt - paliwo stałe, słabo się zapala, ale ciepło właściwe spalania jest najwyższe - do 7400 kcal/kg.

(Antracytowy węgiel)

Antracyt nie jest jednak ostatnim etapem przemian materii organicznej. Pod wpływem ostrzejszych warunków węgiel zamienia się w szuntyt. W wyższych temperaturach uzyskuje się grafit. A pod wpływem bardzo wysokiego ciśnienia węgiel zamienia się w diament. Wszystkie te substancje - od rośliny po diament - są zbudowane z węgla, tylko struktura molekularna jest inna.

Oprócz głównych „składników” skład węgla często zawiera różne „skały”. Są to zanieczyszczenia, które nie palą się, ale tworzą żużel. Zawarty w węglu i siarce, a jego zawartość zależy od miejsca powstania węgla. Po spaleniu reaguje z tlenem i tworzy kwas siarkowy. Im mniej zanieczyszczeń w składzie węgla, tym wyższy jest jego gatunek.

Złoże węgla

Miejsce występowania węgla nazywane jest zagłębiem węglowym. Na świecie znanych jest ponad 3,6 tys. zagłębi węglowych. Ich powierzchnia zajmuje około 15% powierzchni lądowej Ziemi. Największy odsetek złóż światowych zasobów węgla w Stanach Zjednoczonych - 23%, na drugim miejscu - Rosja, 13%. Chiny zamykają trzy czołowe kraje – 11%. Największe złoża węgla na świecie znajdują się w USA. To zagłębie węglowe Appalachów, którego zasoby przekraczają 1600 miliardów ton.

W Rosji największym zagłębiem węglowym jest Kuznieck w obwodzie kemerowskim. Zasoby Kuzbasu wynoszą 640 miliardów ton.

Obiecujący jest rozwój złóż w Jakucji (Elginskoye) i Tyva (Elegestskoye).

Wydobywanie węgla

W zależności od głębokości zagłębienia węgla stosuje się metodę wydobywczą zamkniętą lub otwartą.

Metoda górnicza zamknięta lub pod ziemią. Dla tej metody budowane są szyby kopalniane i sztolnie. Szyby kopalniane są budowane, jeśli głębokość węgla wynosi 45 metrów lub więcej. Prowadzi z niego poziomy tunel - sztolnia.

Istnieją 2 zamknięte systemy górnicze: górnictwo komorowo-filarowe oraz górnictwo ścianowe. Pierwszy system jest mniej ekonomiczny. Stosuje się go tylko w przypadkach, gdy odkryte warstwy są grube. Drugi system jest znacznie bezpieczniejszy i bardziej praktyczny. Pozwala wydobyć do 80% skały i równomiernie dostarczyć węgiel na powierzchnię.

Metodę otwartą stosuje się, gdy węgiel jest płytki. Na początek przeprowadza się analizę twardości gruntu, określa się stopień zwietrzenia gruntu oraz uwarstwienie warstwy przykrywającej. Jeśli grunt nad pokładami węgla jest miękki, wystarczy użyć spycharek i zgarniaczy. Jeśli górna warstwa jest gruba, wprowadza się koparki i koparki. Wysadzana jest gruba warstwa twardej skały leżąca nad węglem.

Wykorzystanie węgla

Obszar wykorzystania węgla jest po prostu ogromny.

Z węgla wydobywa się siarkę, wanad, german, cynk i ołów.

Sam węgiel jest doskonałym paliwem.

Znajduje zastosowanie w metalurgii do wytopu żelaza, przy produkcji żelaza, stali.

Popiół uzyskany po spaleniu węgla wykorzystywany jest do produkcji materiałów budowlanych.

Z węgla, po specjalnej obróbce, otrzymuje się benzen i ksylen, które wykorzystywane są do produkcji lakierów, farb, rozpuszczalników, linoleum.

Dzięki upłynnieniu węgla uzyskuje się pierwszorzędne paliwo płynne.

Węgiel jest surowcem do produkcji grafitu. A także naftalen i szereg innych związków aromatycznych.

W wyniku chemicznej przeróbki węgla uzyskuje się obecnie ponad 400 rodzajów produktów przemysłowych.

Węgiel jest jednym z najbardziej znanych surowców paliwowych. Starożytni Grecy jako pierwsi poznali właściwości palne tego minerału. Jak we współczesnym świecie przebiega wydobycie węgla? Które kraje przodują w jego produkcji? A jakie są perspektywy przemysł węglowy wkrótce?

Co to jest węgiel drzewny i jak jest używany?

Węgiel to solidny i palny minerał, skała o ciemnoszarej lub czarnej barwie z lekkim metalicznym połyskiem. „Ta substancja wybucha i pali się jak węgiel drzewny”- tak opisał rasę Teofrast z Eres, uczeń Arystotelesa. Węgiel był aktywnie wykorzystywany przez starożytnych Rzymian do ogrzewania domów. A Chińczycy nauczyli się z niego robić koks już w I wieku p.n.e.

Jak powstał węgiel? W starożytnych epokach geologicznych duże obszary powierzchni ziemi pokrywały gęste lasy. Z biegiem czasu klimat się zmienił, a cała ta miazga drzewna została zakopana pod ziemią. W warunkach wysoka temperatura i ciśnienie, martwa roślinność zamieniła się najpierw w torf, a potem w węgiel. W ten sposób pod ziemią pojawiły się potężne warstwy wzbogacone w węgiel. Najbardziej aktywny węgiel powstał w okresie karbońskim, permskim i jurajskim.

Węgiel jest wykorzystywany jako paliwo energetyczne. To na tym zasobie działa większość wszystkich elektrowni cieplnych. W XVIII-XIX wieku aktywne wydobycie węgla stało się jednym z decydujących czynników rewolucji przemysłowej w Europie. Obecnie węgiel ma szerokie zastosowanie w hutnictwie żelaza, a także w produkcji tzw płynne paliwo(przez upłynnienie).

W oparciu o ilość węgla w składzie skały można wyróżnić trzy główne rodzaje węgla:

• węgiel brunatny (65-75% węgla);
• węgiel kamienny (75-95%);
• antracyt (ponad 95%).

Wydobywanie węgla

Do tej pory łączna wielkość rezerw węgla przemysłowego na naszej planecie sięga jednego biliona ton. Tym samym ten surowiec paliwa wystarczy ludzkości na wiele lat (w przeciwieństwie do tej samej ropy czy gazu ziemnego).

Wydobycie węgla odbywa się dwoma metodami:

• otwarty;
• Zamknięte.

Pierwsza metoda polega na wydobywaniu skały z wnętrzności ziemi w kamieniołomach (wydobyciach węgla), a druga - w nieczynnych kopalniach. Głębokość tych ostatnich waha się znacznie od kilkuset metrów do półtora kilometra. Każda z tych metod wydobycia węgla ma swoje zalety i wady. Więc, metoda otwarta znacznie tańsze i bezpieczniejsze niż pod ziemią. Z drugiej strony kopalnie powodują znacznie mniej szkód dla środowiska i naturalnego krajobrazu niż kamieniołomy.

Należy zauważyć, że technologie wydobycia węgla nie stoją w miejscu. O ile sto lat temu do wydobywania pokładów węgla używano prymitywnych wózków, kilofów i łopat, teraz do tych samych celów służą najnowsze maszyny i urządzenia techniczne (młoty pneumatyczne, kombajny, świdry itp.). Ponadto opracowany i całkowicie ulepszony nowy sposób ekstrakcja - hydrauliczna. Jego istota jest następująca: potężny strumień wody kruszy warstwę węgla i przenosi ją do specjalnej komory. Stamtąd kamień dostarczany jest bezpośrednio do fabryki w celu dalszego wzbogacenia i przetworzenia.

Geografia światowego górnictwa węglowego

Złoża węgla zlokalizowane są na świecie mniej więcej równomiernie. Złoża tego surowca znajdują się na wszystkich kontynentach planety. Niemniej jednak około 80% wszystkich złóż znajduje się w Ameryce Północnej i krajach postsowieckich. Jednocześnie jedna szósta światowych zasobów węgla znajduje się w podglebiu Rosji.

Największe zagłębie węglowe planety to Pensylwania i Appalachy (USA), Henshui i Fushun (Chiny), Karaganda (Kazachstan), Donieck (Ukraina), Górny Śląsk (Polska), Ruhr (Niemcy).

Według stanu na 2014 r. pierwsza piątka największych producentów węgla kamiennego na świecie przedstawia się następująco (w nawiasach podano procent światowej produkcji węgla):

1. Chiny (46%).
2. USA (11%).
3. Indie (7,6%).
4. Australia (6,0%).
5. Indonezja (5,3%).

Problemy i perspektywy przemysłu węglowego

Głównym problemem górnictwa węgla kamiennego jest oczywiście środowisko. węgiel kopalny zawiera rtęć, kadm i inne metale ciężkie. Podczas wydobywania skały z gruntu wszystko to dostaje się do gleby, powietrza atmosferycznego, wód powierzchniowych i gruntowych.

Oprócz szkód wyrządzanych środowisku, przemysł węglowy wiąże się również z ogromnymi zagrożeniami dla życia i zdrowia ludzi. Przede wszystkim dotyczy to górników. Nadmierna zawartość pyłu w powietrzu w nieczynnych kopalniach może prowadzić do poważnych chorób, takich jak krzemica czy pylica płuc. Nie powinniśmy zapominać o dużej liczbie tragedii, które co roku pochłaniają życie setek pracowników przemysłu węglowego na całym świecie.

Jednak pomimo wszystkich problemów i niebezpieczeństw, ludzkość prawdopodobnie nie będzie w stanie w najbliższej przyszłości porzucić tego zasobu paliwa. Zwłaszcza na tle szybkiego zmniejszania się rezerw ropy i gazu na świecie. Do tej pory w górnictwie węgla kamiennego dominuje trend wzrostowy produkcji antracytu. W niektórych krajach (w szczególności w Rosji, Turcji, Rumunii) rośnie produkcja węgla brunatnego.

Wydobycie węgla w Rosji

Rosja została po raz pierwszy wprowadzona do tego minerału przez Piotra Wielkiego. Odpoczywając nad brzegiem rzeki Kalmius, królowi pokazano kawałek czarnej skały, która pięknie płonęła. „Gdyby nie dla nas, ten minerał przyda się naszym potomkom” – słusznie podsumował wtedy władca. Powstanie rosyjskiego przemysłu węglowego nastąpiło w pierwszej połowie XIX wieku.

Do tej pory wielkość produkcji węgla w Rosji wynosi ponad 300 mln ton rocznie. Ogólnie rzecz biorąc, jelita kraju zawierają około 5% światowych rezerw tego surowca paliwowego. Największe zagłębie węglowe w Rosji to Kańsk-Aczyńsk, Peczora, Tunguska i Kuzbas. Ponad 90% wszystkich złóż w kraju znajduje się na Syberii.

Pomimo tego, że alternatywne źródła energii są dziś coraz częściej wykorzystywane, górnictwo węglowe jest ważną gałęzią przemysłu. Jednym z najważniejszych obszarów zastosowania tego rodzaju paliwa jest praca elektrowni. Złoża węgla znajdują się w różnych krajach świata, a 50 z nich jest aktywnych.

Światowe złoża węgla

Najwięcej węgla wydobywa się w Stanach Zjednoczonych ze złóż w Kentucky i Pensylwanii, w Illinois i Alabamie, w Kolorado, Wyoming i Teksasie. Produkuje węgiel kamienny i brunatny oraz antracyty. Drugie miejsce w wydobyciu tych minerałów zajmuje Rosja.

Na trzecim miejscu w produkcji węgla znajdują się Chiny. Największe chińskie złoża znajdują się w zagłębiu węglowym Shanxing, na Wielkiej Nizinie Chińskiej, Datongu, Jangcy itp. Dużo węgla wydobywa się także w Australii – w stanach Queensland i Nowa Południowa Walia, w pobliżu miasta Newcastle. Indie są głównym producentem węgla, a złoża znajdują się w północno-wschodniej części kraju.

Węgiel kamienny i brunatny wydobywany jest w złożach Saary i Saksonii, Nadrenii-Westfalii i Brandenburgii w Niemczech od ponad 150 lat. Na Ukrainie istnieją trzy zagłębie węglowe: Dniepr, Donieck, Lwów-Wołyń. Wydobywa się tu antracyty, węgiel gazowy i koksujący. Większe złoża węgla znajdują się w Kanadzie i Uzbekistanie, Kolumbii i Turcji, Korei Północnej i Tajlandii, Kazachstanie i Polsce, Czechach i RPA.

Złoża węgla w Rosji

Jedna trzecia światowych zasobów węgla znajduje się w Federacja Rosyjska. Najwięcej złóż znajduje się we wschodniej części kraju, na Syberii. Największe rosyjskie złoża węgla to:

• Kuznieck - znaczna część zagłębia leży w regionie Kemerowo, gdzie wydobywa się ok. 80% koksowania i 56% węgla kamiennego;
• Zagłębie Kańsko-Aczyńska - wydobywa się 12% węgla brunatnego;
• Zagłębie Tunguskie - położone w części Syberii Wschodniej wydobywane są antracyty, węgiel brunatny i kamienny;
• Dorzecze Peczory jest bogate w węgiel koksujący;
• Zagłębie Irkucko-Czeremchowo jest źródłem węgla dla irkuckich przedsiębiorstw.

Wydobycie węgla to dziś bardzo obiecujący sektor gospodarki. Eksperci twierdzą, że ludzkość zbyt intensywnie zużywa węgiel, więc istnieje zagrożenie, że światowe rezerwy mogą wkrótce się wyczerpać, ale w niektórych krajach istnieją znaczne zasoby tego minerału. Jego zużycie zależy od zastosowania, a jeśli zmniejszysz zużycie węgla, to wystarczy na dłużej.