Уголь - это вид ископаемого топлива, образовавшийся из частей древних растений под землей без доступа кислорода. Сегодня мы посетим одно из старейших предприятий Кузбасса, где горные работы по добыче угля на участке недр шахты ведутся с 1917 года.
Добро пожаловать на старейшее предприятие Кузбасса - ООО «Шахта № 12», находящееся в небольшом шахтерском городке под Новокузнецком - Киселевске.
Комбинат:
Для образования угля необходимо обильное накопление растительной массы. Он образуется в условиях, когда гниющий растительный материал накапливается быстрее, чем происходит его бактериальное разложение. Идеальная обстановка для этого создаётся в болотах, где стоячая вода, обеднённая кислородом, препятствует жизнедеятельности бактерий и тем самым предохраняет растительную массу от полного разрушения.
В древних торфяных болотах, начиная с девонского периода (примерно 416 млн лет назад), как раз накапливалось то самое органическое вещество, из которого без доступа кислорода формировались ископаемые угли. Большинство промышленных месторождений ископаемого угля относится к этому периоду, хотя существуют и более молодые месторождения.
Угольные разрезы:
Способы добычи угля зависят от глубины его залегания. Разработка ведется открытым способом в угольных разрезах, если глубина залегания угольного пласта не превышает 100 метров. Нередки и такие случаи, когда выгодно вести разработку угольного месторождения подземным способом. Для извлечения угля с больших глубин используются шахты. Самые глубокие шахты на территории России добывают уголь с уровня чуть более 1 200 метров.
Погрузка:
Уголь имеет свою маркировку. В зависимости от степени преобразования и удельного количества углерода в угле различают четыре его типа : бурые угли (лигниты), каменные угли, антрациты и графиты. В западных странах имеет место несколько иная классификация - лигниты, суббитуминозные угли, битуминозные угли, антрациты и графиты, соответственно.
В России сосредоточено 5.5 % мировых запасов угля, что составляет более 200 млрд тонн. Такая разница с процентом доказанных запасов угля (19 %) обусловлена тем, что большая часть не пригодна к разработке, так как находится в Сибири в области вечной мерзлоты. 70 % приходится на запасы бурого угля.
Применение каменного угля многообразно. Он используется как бытовое, энергетическое топливо, сырье для металлургической и химической промышленности, а также для извлечения из него редких и рассеянных элементов.
Что касается Кузнецкого угольного бассейна, то Кузбасс является одним из самых крупных угольных месторождений мира . В настоящее время наименование «Кузбасс» является вторым названием Кемеровской области.
Карьерный самосвал KOMATSU грузоподъемностью 90 тонн. Но как говорят водители, бывает, грузят и больше 90
В общей сложности мы были в Киселевске неделю, большую часть времени мы снимали. Это не может надоесть, это действительно интересно.
При воздействии с кислородом уголь самовозгорается. Ну или дымит, как на фото:
Погрузка:
Ковш шагающего карьерного экскаватора:
Даже на карьере в режимное время всё выглядит симпатичнее. Но снимать сложно, всё в движении:
Шагающий экскаватор:
Ночью по всему карьеру видно, как горит уголь на некоторых участках:
Техника. У всех есть план, который обязательно нужно выполнить. Поэтому движение на карьере никогда не останавливается.
Ну разве что в конце смены на полчаса-час
Следы от ковшей:
Одно такое колесо стоит 700 000 рублей, поэтому дороги стараются расчищать от острых камней:
В кабине экскаватора:
50-тонный БЕЛАЗ и за ним 90-тонный KOMATSU:
В кабине шагающего экскаватора . Это целая комната. Есть кушетка, микроволновка, самовар, умывальник и куча плакатов с голыми девушками на стенах:
А это с его стрелы. Высота 27 метров:
Сварщик чинит ковш:
Эти машины бурят землю, и в вырытые 12 метровые лунки засыпается взрывчатое вещество, производят подрыв породы . Делает это для того, чтобы порода стала более рыхлой, разбиваются большие крепкие пласты на мелкие камни, которые потом становится намного проще разработать экскаватором:
Взрывчатое вещество. Сам взрыв нам заснять не удалось:
И теперь, когда уголь выкопан, его везут на комбинат по обогащению. Обогащение - совокупность процессов первичной обработки сырья, а именно отделение угля от пустой породы и сортировка:
Внутри атмосферно:
Место, где по конвейерной ленте едет и уголь, и порода, а женщины (!) эту породу отделяют от угля, собирают и выкидывают. Бывают достаточно большие куски, что женщины по одиночке не справляются и скидывают куски породы вдвоем. В остальных цехах всё автоматизировано:
Вагоноопрокидыватель:
Угольный склад:
Погрузка угля в вагоны, которые поедут к потребителям. Это был репортаж из Кузбасса.
Низкая себестоимость и обширные запасы - главные факторы, обуславливающие увеличение количества сфер применения бурого угля. Этот вид ископаемого твердого топлива, самый ранний вид угля, добывается человеком уже не одну сотню лет. Уголь бурый - продукт метаморфизма торфа, в стадии между лигнитом и каменным углем. По сравнению с последним, данный вид топлива менее популярен, тем не менее в силу своей низкой себестоимости довольно широко применяется для производства электроэнергии, отопления и получения иных видов топлива.
Строение
Уголь бурый - плотная, землистая или волокнистая углистая масса бурого или смоляно-черного цвета с большим содержанием летучих битуминозных веществ. Как правило, в нем хорошо сохраняются растительная структура, раковистые изломы, древесные массы. Горит легко, пламя коптящее, при этом выделяется своеобразный неприятный запах гари. Вступая в реакцию с гидроксидом калия, образует жидкость темно-бурого цвета. При сухой перегонке бурый уголь образует аммиак с уксусной кислотой. Химический состав (в среднем), за вычетом золы: углерод - 63%, кислород - 32%, водород 3-5%, азот 0-2%.
Происхождение
Уголь бурый образуют слои залежей осадочных пород - флецы, часто большой мощности и протяженности. Материалом для формирования бурого угля служат различного рода пяльпы, кониферы, деревья и торфяные растения. Отложения этих веществ постепенно разлагаются без доступа воздуха, под водой, под шапкой смеси глины и песка. Процесс тления сопровождается постоянным выделением летучих веществ и постепенно приводит к обогащению растительных остатков углеродом. Уголь бурый - одна из первых стадий метаморфизма таких растительных отложений, после торфа. Дальнейшие стадии - каменный уголь, антрацит, графит. Чем длительней процесс, тем ближе состояние к чистому углерод-графиту. Так, графит относится к азойской группе, каменный уголь - к палеозойской, бурый уголь - преимущественно к мезозойской и кайнозойской.
Каменный и бурый уголь: отличия
Как можно заметить из самого названия, бурый уголь отличается от каменного цветом (более светлым или более темным). Существуют и черные разновидности, но в порошкообразном виде оттенок такого угля все равно бурый. Цвет каменного и антрацита всегда остается черным. Характерные свойства бурого угля заключаются в большем содержании углерода, по сравнению с каменными углями, и меньшем содержании битуминозных веществ. Это объясняет то, почему бурый уголь горит легче и при этом образуется большое количество дыма. Большое содержание углерода также объясняет упомянутую реакцию с гидроксидом калия и своеобразный неприятный запах во время горения. Содержание азота, по сравнению с каменными углями, также значительно ниже. При долгом пребывании на воздухе бурый уголь стремительно теряет влагу, рассыпаясь в порошок.
Разновидности
Сортов и разновидностей бурого угля достаточно много, среди которых выделяют несколько основных:
- Обычный бурый уголь, консистенция плотная, матового бурого цвета.
- Бурый уголь землистого излома, легко стирающийся в порошок.
- Смолистый, очень плотный, темно-бурый, иногда даже иссиня-черный. В изломе напоминает смолу.
- Лигнит, или битуминозное дерево. Уголь с хорошо сохранившейся растительной структурой. Иногда встречается даже в виде целых стволов деревьев с корнями.
- Дизодил - бурый бумажный уголь в виде истлевшей тонкослоистой растительной массы. Легко разделяется на тонкие листы.
- Бурый торфяной уголь. Напоминающий торф, с большим количеством посторонних примесей, иногда напоминающий землю.
Процентное соотношение золы и горючих элементов у различных видов бурого угля варьируется в широких пределах, что и определяет достоинства горючего материала той или иной разновидности.
Добыча
Способы добычи бурого угля аналогичны для всех ископаемых углей. Различают открытый (карьерный) и закрытый. Наиболее старый метод закрытой добычи - штольни, наклонные скважины до угольного пласта небольшой мощности и неглубокого залегания. Применяется в случае финансовой неэффективности устройства карьера.
Шахта - вертикальная или наклонная скважина в толще породы от поверхности до угольного пласта. Данный способ используется при глубоком залегании угленосных пластов. Характеризуется высокой себестоимостью добываемых ресурсов и высокой аварийностью.
Добыча открытым способом ведется при относительно небольшой (до 100 м) глубине залегания угольного пласта. Открытая или карьерная добыча наиболее экономичная, на сегодняшний день таким способом добывается примерно 65% всего угля. Главный минус карьерной выработки - большой урон окружающей среде. Добыча бурого угля преимущественно ведется открытым способом ввиду небольшой глубины залегания. Первоначально осуществляется удаление вскрыши (слоя пород над угольным пластом). После этого производится отбойка угля буровзрывным методом и его транспортировка специализированным (карьерным) автотранспортом с места добычи. Вскрышные работы, в зависимости от величины и состава слоя, могут осуществляться бульдозерами (при рыхлом слое незначительной толщины) или роторными экскаваторами и драглайнами (при более толстом и плотном слое породы).
Применение
В качестве топлива уголь бурый используется значительно реже, чем каменный. Применяется для отопления частных домов и на мелких электростанциях. Путем т. н. сухой перегонки из бурого угля получают горный воск для деревообрабатывающей, бумажной и текстильной промышленности, креозот, карболовую кислоту и другие подобные продукты. Также он перерабатывается в жидкое углеводородное топливо. Гуминовые кислоты в составе бурого угля позволяют использовать его в сельском хозяйстве в качестве удобрения.
Современные технологии позволяют производить из бурого угля синтетический газ, который выступает аналогом природного газа. Для этого уголь нагревают до 1000 градусов Цельсия, вследствие чего происходит газообразование. На практике применяется довольно эффективный способ: по просверленной скважине к залежам бурого угля через трубу подается высокая температура, а по другой трубе уже выходит готовый газ - продукт подземной переработки.
Уголь - один из самых известных топливных ресурсов. О горючих свойствах этого полезного ископаемого первыми узнали еще древние греки. Как осуществляется добыча каменного угля в современном мире? Какие страны лидируют по его добыче? И каковы перспективы угольной промышленности в ближайшем будущем?
Что такое уголь и как его применяют?
Уголь - это твердое и горючее полезное ископаемое, горная порода темно-серого или черного цвета с незначительным металлическим блеском. «Это вещество вспыхивает и горит подобно древесным углям» - так описывал породу Теофраст Эресский, ученик Аристотеля. Уголь активно использовали древние римляне для обогрева своих домов. А китайцы еще в I веке до нашей эры научились производить из него кокс.
Как сформировался уголь? В древние геологические эпохи большие площади земной поверхности были покрыты густыми лесами. Со временем климат менялся, и вся эта древесная масса оказалась погребенной под толщей земли. В условиях высокой температуры и давления мертвая растительность превратилась вначале в торф, а затем - в каменный уголь. Так под землей возникли мощные пласты, обогащенные углеродом. Наиболее активно уголь формировался в карбоновом, пермском и юрском периодах.
Уголь используют в качестве энергетического топлива. Именно на этом ресурсе работает большая часть всех тепловых электростанций. В XVIII-XIX веках активная добыча каменного угля стала одним из решающих факторов состоявшейся в Европе промышленной революции. В наши дни уголь широко применяется в черной металлургии, а также в производстве так называемого жидкого топлива (путем сжижения).
Исходя из количества углерода в составе породы, выделяют три основных типа угля:
- бурый уголь (65-75 % углерода);
- каменный уголь (75-95 %);
- антрацит (свыше 95 %).
Добыча каменного угля
На сегодняшний день общий объем промышленных запасов угля на нашей планете достигает одного триллиона тонн. Таким образом, этого топливного ресурса человечеству хватит еще на долгие годы (в отличие от той же нефти или природного газа).
Добыча каменного угля производится двумя методами:
- открытым;
- закрытым.
Первый способ предусматривает извлечение породы из недр земли в карьерах (угольных разрезах), а второй - в закрытых шахтах. Глубина последних колеблется в широких пределах от нескольких сотен метров до полутора километров. Каждый из этих способов добычи угля имеет свои как достоинства, так и недостатки. Так, открытый способ гораздо дешевле и безопаснее подземного. С другой стороны, шахты наносят намного меньше вреда окружающей среде и природным ландшафтам, нежели карьеры.
Стоит отметить, что технологии угледобычи не стоят на одном месте. Если сто лет назад для выработки угольных пластов использовались примитивные тележки, кирки и лопаты, то сейчас для этих же целей применяют новейшие технические машины и оборудование (отбойные молотки, комбайны, шнеки и т. п.). Кроме того, разрабатывается и усовершенствуется совершенно новый способ добычи - гидравлический. Суть его такова: мощная струя воды дробит пласт угля и выносит его в специальную камеру. Оттуда порода доставляется прямо на фабрику для дальнейшего обогащения и обработки.
География мировой угледобычи
Залежи угля расположены в мире более-менее равномерно. Месторождения этого ресурса присутствуют на всех континентах планеты. Тем не менее около 80 % всех залежей находится в Северной Америке и в постсоветских странах. При этом шестую часть общемировых запасов угля содержат в себе недра России.
Крупнейшие угольные бассейны планеты - Пенсильванский и Аппалачский (США), Хеньшуйский и Фушунский (Китай), Карагандинский (Казахстан), Донецкий (Украина), Верхнесилезский (Польша), Рурский (Германия).
По состоянию на 2014 год, первая пятерка лидирующих стран по добыче каменного угля в мире выглядит следующим образом (в скобках указан процент от общемировой угледобычи):
- Китай (46 %).
- США (11 %).
- Индия (7,6 %).
- Австралия (6,0 %).
- Индонезия (5,3 %).
Проблемы и перспективы угольной промышленности
Основная проблема угледобывающей промышленности, разумеется, носит экологический характер. Ископаемый уголь содержит в себе ртуть, кадмий и прочие тяжелые металлы. При извлечении породы из земли все это попадает в грунт, атмосферный воздух, поверхностные и подземные воды.
Помимо урона, наносимого окружающей природной среде, угольная промышленность еще и сопряжена с огромными рисками для жизни и здоровья людей. В первую очередь, это касается шахтеров. Чрезмерная запыленность воздуха в закрытых шахтах может привести к таким серьезным заболеваниям, как силикоз или пневмокониоз. Не следует забывать и о большом количестве трагедий, которые ежегодно уносят жизни сотен работников угольной индустрии по всему миру.
Но, несмотря на все проблемы и опасности, отказаться от этого топливного ресурса человечество вряд ли сможет в ближайшее время. Особенно на фоне стремительного сокращения запасов нефти и газа в мире. На сегодняшний день в угледобывающей промышленности преобладает тенденция роста добычи антрацита. В некоторых странах (в частности, в России, Турции, Румынии) растут объемы добычи бурого угля.
Добыча угля в России
Россию с этим полезным ископаемым впервые познакомил Петр Первый. Во время отдыха на берегу реки Кальмиус, царю показали кусок черной породы, который прекрасно горел. «Если не нам, то уж потомкам нашим будет полезен сей минерал» - справедливо резюмировал тогда государь. Становление российской угольной промышленности происходило в первой половине XIX века.
На сегодняшний день объемы добычи угля в России составляют свыше 300 миллионов тонн ежегодно. В целом в недрах страны содержится около 5 % общемировых запасов данного топливного ресурса. Крупнейшие угольные бассейны России - Канско-Ачинский, Печорский, Тунгусский и Кузбасс. Свыше 90 % всех месторождений страны расположены в Сибири.
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).
Поскольку живу в краю шахтеров, не мог не заинтересоваться способами добычи этого ископаемого, которых, кстати, не так уж и много. Пользуясь случаем, постараюсь кратко рассказать о плюсах и недостатках каждого из них.
Добыча угля: шахтный способ
Добыча ископаемого таким путем дает огромное преимущество, поскольку наиболее ценные виды топлива залегают на больших глубинах. При этом уголь практически не содержит пустых пород, чего нельзя сказать об открытом способе, но о нем чуть позже. Итак, для того, чтобы добраться к залежам, бурят глубокие вертикальные туннели. Как только обнаружен пласт, начинается его горизонтальная разработка. Порой глубина доходит до 1,5 км, например, шахта «Гвардейская», которая находится на Донбассе. Однако такой способ содержит немало минусов:
- угроза затопления;
- поскольку метан - вечный спутник угольных пластов, это чревато удушьем рабочих или подрывом;
- чем больше глубина, тем выше температура, а значит, существует риск для человека и оборудования.
В мире таким способом добывают порядка 40% мировых запасов.
Добыча угля: открытый или карьерный способ
В этом случае отпадает необходимость не только дорогостоящего бурения, но и постройки ряда наземных коммуникаций. Суть сводится к подрыву пустой породы, а затем в дело вступают огромные экскаваторы, дробилки и грузовики, которые перерабатывают породу и вывозят ее на отвалы. Такой способ несет меньшую опасность, однако все-таки с ним связаны некоторые риски. Это и угроза внепланового подрыва, и отравление рабочих выхлопами, и неосторожное обращение с травмоопасным оборудованием.
Добыча угля гидравлическим способом
В принципе, это тот же шахтный, однако есть одна особенность: транспортировка ископаемого осуществляется струей воды под огромным давлением. Выходит, что подземные воды - головная боль шахтеров, работают на их благо. Сегодня этот способ считается одним из лучших, поскольку заменяет трудоемкий процесс транспортировки. К недостаткам можно отнести зависимость добычи от типа породы, и постоянный контакт воды с оборудованием.
