Cum să mine cărbune. Minerale: Cărbune. Specificul exploatării cărbunelui în diferite mine de cărbune din Rusia

Combustibilul de cărbune a fost folosit de oameni din cele mai vechi timpuri. Inflamabilitatea sa și transferul de căldură, durata reținerii căldurii în vatră a devenit salvarea oamenilor în perioadele reci, care s-au înlocuit ciclic reciproc pe planeta noastră. Cărbunele este folosit activ și în prezent; în complexul de combustibil și energie, se află în primele trei materii prime alături de petrol și gaze.

Cum s-au format zăcămintele de cărbune?

S-au format zăcăminte de cărbune în locurile de zone verzi imense. Aceasta este o materie organică străveche care a rămas după moartea plantațiilor de copaci. Pentru ca plantele moarte să devină cărbune, sunt necesare anumite condiții: reziduurile de lemn nu trebuie să putrezească sub influența bacteriilor. Acest lucru este posibil doar atunci când ajung sub apa mlaștină și apoi sub pământ, unde oxigenul nu intră. Cărbunele este considerat un mineral extras din straturile de rocă la diferite adâncimi.

Cum sunt găsite și dezvoltate zăcămintele de cărbune?

Locurile în care există cărbune au fost de mult explorate pe planetă. Rezervele sale în diferite țări sunt uriașe, vor fi suficiente pentru nevoile de încălzire și industrie timp de aproape trei secole. Dar potrivit geologilor, ar putea fi mai multe, deoarece nu toate părțile lumii au efectuat prospectări geologice profunde pentru prezența combustibilului de cărbune. Dezvoltarea zăcămintelor de cărbune este relevantă și aduce venituri tangibile statelor care sunt angajate în extracția acestui aur negru solid. Procesul de dezvoltare a depozitelor se realizează în funcție de teren și de adâncimea straturilor de cărbune.

Cărbunele este una dintre cele mai cunoscute resurse de combustibil. Grecii antici au fost primii care au aflat despre proprietățile combustibile ale acestui mineral. Cum se desfășoară exploatarea cărbunelui în lumea modernă? Ce țări sunt lider în producția sa? Și care sunt perspectivele pentru industria cărbunelui în viitorul apropiat?

Ce este cărbunele și cum se folosește?

Cărbunele este un mineral solid și combustibil, o rocă de culoare gri închis sau negru, cu o ușoară strălucire metalică. „Această substanță se aprinde și arde ca cărbunele” - așa a descris rasa Teofrast din Eres, un student al lui Aristotel. Cărbunele a fost folosit în mod activ de către vechii romani pentru a-și încălzi casele. Și chinezii au învățat cum să facă cocs din el încă din secolul I î.Hr.

Cum s-a format cărbunele? În erele geologice antice, suprafețe mari ale suprafeței pământului erau acoperite cu păduri dese. De-a lungul timpului, clima s-a schimbat și toată această pastă de lemn a fost îngropată sub pământ. În condiții de temperatură și presiune ridicată, vegetația moartă s-a transformat mai întâi în turbă și apoi în cărbune. Astfel, sub pământ au apărut straturi puternice îmbogățite cu carbon. Cel mai activ cărbune s-a format în perioadele Carbonifer, Permian și Jurasic.

Cărbunele este folosit ca combustibil energetic. Pe această resursă funcționează majoritatea centralelor termice. În secolele XVIII-XIX, exploatarea activă a cărbunelui a devenit unul dintre factorii decisivi în revoluția industrială care a avut loc în Europa. Astăzi, cărbunele este utilizat pe scară largă în metalurgia feroasă, precum și în producția de așa-numiți combustibili lichizi (prin lichefiere).

Pe baza cantității de carbon din compoziția rocii, există trei tipuri principale de cărbune:

  • cărbune brun (65-75% carbon);
  • cărbune (75-95%);
  • antracit (peste 95%).

Extracția cărbunelui

Până în prezent, volumul total al rezervelor industriale de cărbune de pe planeta noastră ajunge la un trilion de tone. Astfel, această resursă de combustibil va fi suficientă pentru omenire pentru mulți ani de acum înainte (spre deosebire de același petrol sau gaz natural).

Exploatarea cărbunelui se realizează prin două metode:

  • deschis;
  • închis.

Prima metodă presupune extragerea rocii din măruntaiele pământului în cariere (tăieri de cărbune), iar a doua - în minele închise. Adâncimea acestuia din urmă variază foarte mult de la câteva sute de metri până la un kilometru și jumătate. Fiecare dintre aceste metode de extracție a cărbunelui are propriile sale avantaje și dezavantaje. Deci, metoda deschisă este mult mai ieftină și mai sigură decât cea subterană. Pe de altă parte, minele dăunează mult mai puțin mediului și peisajelor naturale decât carierele.

Trebuie remarcat faptul că tehnologiile de extracție a cărbunelui nu stau într-un singur loc. Dacă în urmă cu o sută de ani, cărucioarele, târnăcoacele și lopețile primitive erau folosite pentru extragerea filelor de cărbune, acum în aceleași scopuri sunt folosite cele mai noi mașini și echipamente tehnice (ciocane pneumatice, recolte, melci etc.). În plus, este dezvoltată și îmbunătățită o metodă complet nouă de extracție - hidraulică. Esența sa este următoarea: un jet puternic de apă zdrobește un strat de cărbune și îl transportă într-o cameră specială. De acolo, roca este livrată direct la fabrică pentru îmbogățire și procesare ulterioară.

Geografia exploatării mondiale a cărbunelui

Zăcămintele de cărbune sunt situate în lume mai mult sau mai puțin uniform. Depozitele acestei resurse sunt prezente pe toate continentele planetei. Cu toate acestea, aproximativ 80% din toate depozitele sunt situate în America de Nord și în țările post-sovietice. În același timp, o șesime din rezervele mondiale de cărbune sunt conținute în subsolul Rusiei.

Cele mai mari bazine carbonifere ale planetei sunt Pennsylvania și Appalachian (SUA), Henshui și Fushun (China), Karaganda (Kazahstan), Donețk (Ucraina), Silezia Superioară (Polonia), Ruhr (Germania).

Începând cu 2014, primele cinci țări producătoare de cărbune din lume sunt următoarele (în paranteze este procentul producției globale de cărbune):

  1. China (46%).
  2. SUA (11%).
  3. India (7,6%).
  4. Australia (6,0%).
  5. Indonezia (5,3%).

Probleme și perspective ale industriei cărbunelui

Problema principală a industriei miniere de cărbune, desigur, este de mediu. Cărbunele fosil conține mercur, cadmiu și alte metale grele. La extragerea rocii din sol, toate acestea intră în sol, în aerul atmosferic, în apele de suprafață și subterane.

Pe lângă daunele cauzate mediului, industria cărbunelui este, de asemenea, asociată cu riscuri uriașe pentru viața și sănătatea oamenilor. În primul rând, se referă la mineri. Conținutul excesiv de praf din aer în minele închise poate duce la boli grave precum silicoza sau pneumoconioza. Nu trebuie să uităm de numărul mare de tragedii care provoacă anual viețile a sute de muncitori din industria cărbunelui din întreaga lume.

Dar, în ciuda tuturor problemelor și pericolelor, este puțin probabil ca omenirea să renunțe la această resursă de combustibil în viitorul apropiat. Mai ales pe fondul reducerii rapide a rezervelor de petrol și gaze din lume. Până în prezent, industria cărbunelui este dominată de o tendință ascendentă a producției de antracit. În unele țări (în special în Rusia, Turcia, România) producția de cărbune brun este în creștere.

Exploatarea cărbunelui în Rusia

Rusia a fost introdusă pentru prima dată în acest mineral de către Petru cel Mare. În timp ce se relaxa pe malul râului Kalmius, regelui i s-a arătat o bucată de stâncă neagră care ardea frumos. „Dacă nu pentru noi, atunci acest mineral va fi util urmașilor noștri”, a rezumat pe bună dreptate atunci suveranul. Formarea industriei cărbunelui rusesc a avut loc în prima jumătate a secolului al XIX-lea.

Până în prezent, volumul producției de cărbune în Rusia este de peste 300 de milioane de tone anual. În general, intestinele țării conțin aproximativ 5% din rezervele mondiale din această resursă de combustibil. Cele mai mari bazine carbonifere din Rusia sunt Kansk-Achinsk, Pechora, Tunguska și Kuzbass. Peste 90% din toate depozitele din țară sunt situate în Siberia.

Cărbunele este o rocă sedimentară care se formează în cusătura pământului. Cărbunele este un combustibil excelent. Se crede că acesta este cel mai vechi tip de combustibil folosit de strămoșii noștri îndepărtați.

Cum se formează cărbunele

Pentru formarea cărbunelui este nevoie de o cantitate imensă de materie vegetală. Și este mai bine dacă plantele se acumulează într-un singur loc și nu au timp să se descompună complet. Locul ideal pentru asta sunt mlaștinile. Apa din ele este săracă în oxigen, ceea ce împiedică activitatea vitală a bacteriilor.

Masa de vegetație se acumulează în mlaștini. Neavând timp să putrezească complet, este comprimat de următoarele depuneri de sol. Așa se obține turba - materialul sursă pentru cărbune. Următoarele straturi de sol, parcă, sigilează turba în pământ. Ca urmare, este complet lipsit de acces la oxigen și apă și se transformă într-un strat de cărbune. Acest proces este lung. Deci, majoritatea rezervelor moderne de cărbune s-au format în epoca paleozoică, adică cu peste 300 de milioane de ani în urmă.

Caracteristici și tipuri de cărbune

(Cărbune brun)

Compoziția chimică a cărbunelui depinde de vârsta acestuia.

Cea mai tânără specie este cărbunele brun. Se află la o adâncime de aproximativ 1 km. Există încă multă apă în el - aproximativ 43%. Conține o cantitate mare de substanțe volatile. Se aprinde și arde bine, dar dă puțină căldură.

Cărbunele este un fel de „mijloc” în această clasificare. Apare la adâncimi de până la 3 km. Deoarece presiunea straturilor superioare este mai mare, conținutul de apă din cărbune este mai mic - aproximativ 12%, substanțe volatile - până la 32%, dar carbonul conține de la 75% la 95%. De asemenea, este foarte inflamabil, dar arde mai bine. Și datorită cantității mici de umiditate, dă mai multă căldură.

Antracit este o rasă mai veche. Apare la adâncimi de aproximativ 5 km. Are mai mult carbon și aproape deloc umiditate. Antracitul este un combustibil solid, se aprinde slab, dar căldura specifică de ardere este cea mai mare - până la 7400 kcal / kg.

(Cărbune antracit)

Cu toate acestea, antracitul nu este etapa finală în transformarea materiei organice. Când este expus la condiții mai dure, cărbunele se transformă în șuntita. La temperaturi mai ridicate se obține grafit. Și atunci când este supus unei presiuni ultra-înalte, cărbunele se transformă într-un diamant. Toate aceste substanțe - de la o plantă la un diamant - sunt făcute din carbon, doar structura moleculară este diferită.

Pe lângă principalele „ingrediente”, compoziția cărbunelui include adesea diverse „roci”. Acestea sunt impurități care nu ard, ci formează zgură. Conținut în cărbune și sulf, iar conținutul său este determinat de locul de formare a cărbunelui. Când este ars, reacţionează cu oxigenul şi formează acid sulfuric. Cu cât sunt mai puține impurități în compoziția cărbunelui, cu atât gradul său este mai mare.

Depozit de cărbune

Locul de apariție a cărbunelui se numește bazin de cărbune. Peste 3,6 mii de bazine carbonifere sunt cunoscute în lume. Suprafața lor ocupă aproximativ 15% din suprafața pământului. Cel mai mare procent de depozite din rezervele mondiale de cărbune în Statele Unite - 23%.Pe locul doi - Rusia, 13%. China închide primele trei țări lider - 11%. Cele mai mari zăcăminte de cărbune din lume sunt situate în SUA. Acesta este bazinul carbonifer din Appalachi, ale cărui rezerve depășesc 1600 de miliarde de tone.

În Rusia, cel mai mare bazin carbonifer este Kuznetsk, în regiunea Kemerovo. Rezervele lui Kuzbass se ridică la 640 de miliarde de tone.

Dezvoltarea zăcămintelor în Yakutia (Elginskoye) și în Tyva (Elegestskoye) este promițătoare.

Extracția cărbunelui

În funcție de adâncimea cărbunelui, se folosește fie o metodă de exploatare închisă, fie una deschisă.

Metodă de exploatare închisă sau subterană. Pentru această metodă, se construiesc puțuri de mine și adăposturi. Puțurile de mine sunt construite dacă adâncimea cărbunelui este de 45 de metri sau mai mult. Un tunel orizontal duce din el - un adit.

Există 2 sisteme de exploatare închisă: exploatarea în încăperi și pilon și exploatarea cu perete lung. Primul sistem este mai puțin economic. Se foloseste numai in cazurile in care straturile descoperite sunt groase. Al doilea sistem este mult mai sigur și mai practic. Vă permite să extrageți până la 80% din rocă și să livrați uniform cărbunele la suprafață.

Metoda deschisă este folosită atunci când cărbunele este puțin adânc. Pentru început, se efectuează o analiză a durității solului, se constată gradul de intemperii a solului și stratificarea stratului de acoperire. Dacă pământul de deasupra straturilor de cărbune este moale, este suficientă utilizarea buldozerelor și a racletelor. Dacă stratul superior este gros, atunci sunt aduse excavatoare și dragline. Un strat gros de rocă tare care se află deasupra cărbunelui este aruncat în aer.

Utilizarea cărbunelui

Zona de utilizare a cărbunelui este pur și simplu uriașă.

Sulful, vanadiul, germaniul, zincul și plumbul sunt extrase din cărbune.

Cărbunele în sine este un combustibil excelent.

Este folosit în metalurgie pentru topirea fierului, în producția de fier, oțel.

Cenușa obținută după arderea cărbunelui este folosită la producerea materialelor de construcție.

Din cărbune, după prelucrarea sa specială, se obține benzen și xilen, care sunt utilizate în producția de lacuri, vopsele, solvenți și linoleum.

Prin lichefierea cărbunelui se obține un combustibil lichid de primă clasă.

Cărbunele este materia primă pentru producerea grafitului. La fel și naftalina și o serie de alți compuși aromatici.

Ca urmare a prelucrării chimice a cărbunelui, se obțin în prezent peste 400 de tipuri de produse industriale.

Exploatarea cărbunelui ca sector industrial s-a răspândit la începutul secolului al XX-lea și până în prezent continuă să fie unul dintre cele mai profitabile tipuri de exploatare a zăcămintelor minerale. Cărbunele este extras comercial peste tot în lume.

Contrar credinței populare, această fosilă este folosită nu numai ca combustibil de calitate. La mijlocul secolului XX, industria cărbunelui a dat un impuls puternic dezvoltării cercetării științifice privind extracția hidrocarburilor din minerale.

Unde este mineritul

Cele mai mari țări producătoare de cărbune sunt China, SUA și India. ocupă locul 6 în clasamentul mondial ca producție, deși se află în primele trei ca rezerve.

Cărbune brun, cărbune tare (inclusiv cărbune de cocsificare) și antracitul sunt exploatate în Rusia. Principalele regiuni de exploatare a cărbunelui din Rusia sunt regiunea Kemerovo, Teritoriul Krasnoyarsk, regiunea Irkutsk, Chita, Buriatia și Republica Komi. Există cărbune în regiunile Urali, Orientul Îndepărtat, Kamchatka, Yakutia, Tula și Kaluga. În Rusia există 16 bazine de cărbune. Unul dintre cele mai mari - mai mult de jumătate din cărbunele Rusiei este extras acolo.

Cum se extrage cărbunele

În funcție de adâncimea stratului de cărbune, suprafața, forma, grosimea acestuia, diverși factori geografici și de mediu, este selectată o anumită metodă de extragere a cărbunelui. Principalele metode includ următoarele:

  • A mea;
  • dezvoltări într-o carieră de cărbune;
  • hidraulic.

În plus, există exploatarea cărbunelui în cariera, cu condiția ca stratul de cărbune să se afle la o adâncime de cel mult o sută de metri. Dar această metodă este foarte asemănătoare ca formă cu exploatarea cărbunelui în carieră.

metoda mea

Această metodă este folosită de la adâncimi mari și are un avantaj incontestabil față de metodele de extracție a cărbunelui în aer liber: cărbunele la adâncimi mari este de calitate mai bună și practic nu conține impurități.

Pentru a accesa straturile de cărbune se forează tuneluri orizontale sau verticale (adițe și mine). Există cazuri cunoscute de exploatare a cărbunelui la o adâncime de până la 1500 de metri (minele Gvardeyskaya, Shakhterskaya-Glubokaya).

Exploatarea subterană a cărbunelui este una dintre cele mai dificile specializări din cauza unui număr de pericole:

  1. Amenințare constantă cu pătrunderea apei subterane în puțul minei.
  2. Amenințarea constantă a unei descoperiri a gazelor asociate în puțul de mine. Pe lângă posibila sufocare, un pericol deosebit îl reprezintă exploziile și incendiile.
  3. Accidente datorate temperaturii ridicate la adâncimi mari (până la 60 de grade), manipulării neglijente a echipamentelor etc.

În acest fel, aproximativ 36% din rezervele mondiale de cărbune sunt extrase din interiorul pământului, adică 2625,7 milioane de tone.

cale deschisă

Conform clasificării lor, dezvoltările într-o carieră de cărbune aparțin unei metode deschise de extracție a cărbunelui, deoarece nu necesită forarea minelor și adăposturilor la o adâncime mare.

Această metodă de exploatare constă în subminarea și îndepărtarea supraîncărcării (un strat de roci în exces deasupra zăcămintelor de cărbune) de pe amplasamentul minier. După aceea, cu ajutorul excavatoarelor, pistoalelor cu apă, buldozerelor, concasoarelor, draglinelor și transportoarelor, roca este zdrobită și transferată în continuare.

Această metodă de extragere a cărbunelui este considerată mai puțin sigură decât cea închisă (mina). Dar are și anumiți factori de risc asociați cu manipularea neglijentă a echipamentelor și vehiculelor de dimensiuni mari, posibilitatea de otrăvire cu gaze de eșapament și substanțe care însoțesc activitatea mașinilor.

Se consideră că un dezavantaj semnificativ al acestei metode provoacă un mare prejudiciu mediului din cauza înlăturării unei suprafețe mari a stratului de pământ și a elementelor naturale însoțitoare.

Metoda în cariera este considerată una dintre cele mai răspândite din lume - produce peste 55% cărbune pe an, adică 4102,1 milioane de tone.

A fost folosit pentru prima dată în Uniunea Sovietică în anii 30 ai secolului XX. Presupune extragerea cărbunelui în minele de adâncime, în timp ce transportul cărbunelui la suprafață are loc cu ajutorul jeturilor de apă sub tensiune. Această metodă a făcut posibilă utilizarea lipsei exploatării subterane a cărbunelui - ape subterane - în avantajul lor.

Recent, exploatarea hidraulică a cărbunelui este considerată una dintre cele mai respectabile metode. Este capabil să înlocuiască procesul laborios și periculos de exploatare a cărbunelui de către mineri, în locul căruia apa va acționa ca o forță distructivă și de ridicare.

Dezavantajele acestei metode de extragere a cărbunelui includ următoarele:

  • contactul constant al instrumentelor și mecanismelor de lucru cu apa și roca;
  • anumite dificultăți în înlocuirea sau repararea echipamentelor de lucru;
  • dependența procesului de extragere a cărbunelui de grosimea, unghiul de înclinare și duritatea rocii.

Această metodă produce anual aproximativ 7,5% din cărbune, adică 545,5 milioane de tone.

 

Ar putea fi util să citiți: