Для чего добывают уголь
Современные способы добычи угля
Уголь – это разновидность полезных ископаемых, используемых в промышленности, сельском-хозяйстве, электроэнергетике и пр. Добыча угля требует больших затрат ресурсов и техники, зато в результате из него производят искусственные волокна, пластмасс, кокс и др. Его также используют для изготовления топлива, что становится отличной альтернативой переработке нефти.
История добычи угля
Уголь известен еще с античных времен, первооткрывателями считаются Грецию и Китай. Изначально его использовали для отопления сооружений и построек, а позже – в процессе выплавки металлов. Постепенно данное полезное ископаемое стало заменять собой дерево и другое отопительное сырье.
О происхождении угля ходило много легенд. Одни считают, что он образовался в результате извержения вулкана, другие – что это затвердевшая нефть.
Карьерный, шахтный и иные способы добычи угля были открыты не сразу. Ранее уголь добывался простым путем, с помощью самой простой техники, а в большинстве случаев, ручным трудом. Много полезных ископаемых было найдено в местах обрушения горных пород, а также на побережьях, во время приливов и отливов. Распознать уголь просто, он имеет черный цвет и переливается на солнце.
Добыча материала ручным трудом очень сложная и непосильна многим, поэтому с течением времени был разработан шахтный способ. Однако и он был небезопасным, именно поэтому на рудниках работали только низшие слои общества. Уголь начали использовать при обработке металла, производстве кирпича. Благодаря высокой теплоемкости, материал высоко ценился, предпринимались первые попытки его применения в качестве топлива на пароходах, автомобилях и другой технике.
Предположительно в 1491 году были организованы поиски данного полезного ископаемого. Результатом стало открытие залежей угля в горных массивах Печорского края. С того времени и по сегодняшний день, это самый большой рудник России.
Затем были открыты крупные рудники на Урале, Донбассе, Кузнецке и на Дальнем Востоке. Для добычи полезных ископаемых была задействована специальная техника, что значительно облегчило работу.
Сейчас угольная промышленность не сбавляет обороты. Однако учеными было доказана высокая опасность ископаемого, ведь при его сгорании в воздух выбрасывается большое количество ядовитых веществ. В виду этого некоторые страны отказываются от использования угля.
Необходимость добычи угля
Основные сферы его использования – электроэнергия и металлургия. Уголь имеет большое значение и в производстве топлива, так как стоимость нефти и газа постоянно растет, и страны ищут недорогой, альтернативный способ их замены.
Более половины угля идет на производство топлива, все остальное задействовано в химической промышленности. Общий объем добычи полезного ископаемого в год достигает 5 млрд. тонн.
Помимо этого, уголь используют для изготовления:
Лидером в производстве данного вида топлива является Россия.
Как происходит добыча угля на современных шахтах
Уголь добывается двумя способами: открытым и закрытым. Добыча открытым способом происходит путем снятия поверхностного слоя земной коры с залежами полезного ископаемого с глубины не более 100 м. Для этого используется специальная техника. Такой способ считается наиболее экономичным, и используется в 70% разработок месторождений.
Закрытый способ используется, если требуется извлечь слой полезных ископаемых с больших глубин. Это наиболее трудоемкий вариант, в результате чего получается высококачественный продукт без вредных примесей.
В некоторых странах до сих пор добыча угля происходит ручным способом, например, в Индии. Жители городов, вблизи залежей угля, занимаются его собиранием.
Основные способы добычи угля
Многие страны далеко пошли в разработке месторождений полезных ископаемых. Множество видов техники для добычи угля, в некоторых процессах человек не принимает участие.
На современном этапе широко используются три способа добычи ресурса:
Конкретный метод зависит от глубины залегания полезного ископаемого, твердости поверхности и доступности.
Карьерный
Уголь – это невосстановимый ресурс, поэтому после опустошения месторождения, земля засыпается обратно, и на нее высаживаются деревья. Это несомненный плюс, так как восстанавливается и улучшается экологическая обстановка местности. Хотя есть и свои минусы открытой добычи угля – осушение подземных вод.
Карьерным способом чаще всего добывают бурый уголь, так как он залегает на глубине не более 300-400 м.
Среди недостатков данного метода выделяются:
Среди преимуществ данного метода – это скорость добычи и дешевизна.
Шахтный
Чтобы добывать уголь шахтным способом, используется специальная дробильная техника, которая дробит пласты и отправляет их на поверхность для дальнейших действий. Сюда относят проходческий комбайн, он разделяет сырье от пласта, и по конвейерной ленте, отправляет его на поверхность.
Если полезные ископаемые залегают глубоко, то используется врубовый комбайн. Такая техника оснащена сверлом с большими зубьями, благодаря которым дробятся большие пласты породы. Здесь же используется очистной комбайн, который обрабатывает эти пласты.
При добыче угля в шахтах важно обеспечить выкачку воды, так как подземный способ добычи материала усложняется грунтовыми водами. К тому же, они несут серьезную опасность рабочим. Чтобы обеспечить безопасность, для работы под землей используется специальная техника, которая откачивает воду.
Среди преимуществ данного метода можно выделить высокое качество добытых полезных ископаемых, меньший вред окружающей среде. Среди недостатков – опасность и дороговизна.
Гидравлический
Это относительно новый и постоянно модернизирующийся способ добычи полезных ископаемых. Дело в том, что на его работу затрачивается большое количество воды. Устройство по добыче угля таким способом называется – механогидравлический комбайн, который рыхлит породы, тем самым откалывая ее от основного слоя.
Вода здесь служит главным инструментом по обезвоживанию угля. Ее подача осуществляется по монтированным желобам к низконапорному насосу. Затем очищенный уголь поступает на конвейер, и перемещается наружу.
Важным моментом является очищение воды каждый раз после промывки. Если этого не сделать, то из-за мелких частиц от угля, техника может выйти из строя.
Как видно, гидравлический способ долгий процесс, требующий больших финансовых вложений. Однако добыча полезных ископаемых таким способом не менее продуктивна.
Копанка или добыча угля в домашних условиях
Добыча угля – сложный процесс, требующий больший затрат времени и ресурсов. Лучшими свойствами и качеством обладает материал, залегающий глубоко под землей. Его добыча осуществляется с помощью специальной техники, однако в некоторых странах сооружают копанки, которые используют для собственных целей.
Их сооружение процесс не из легких, к тому же, залегать такое полезное ископаемое должно неглубоко. Хоть и такой уголь имеет худшие свойства, чем тот, который добыт шахтным путем. Затем его перепродают на черном рынке или используют для собственных целей.
Самые эффективные способы
Сложно ответить, какой способ добычи сырья самый эффективный. Например, шахтный метод достаточно трудоемкий, и для выкапывания карьера на 1 кв. метр потребуется много техники, сил и времени, при этом, он сильно портит экосистему. Если же уголь залегает на глубине не более 400 метров, то рыть шахту нерентабельно, к тому же в таких местах добывается не очень качественное сырье.
Чаще всего используется шахтный и карьерный способ добычи угля. Гидравлический метод относится к экспериментальным, на его долю приходится не более 8% всего сырья.
Перед тем, как начать процесс добычи, месторождение оценивается, устанавливается его размер, качество сырья и особенности рельефа. Только после этого определяется способ, устанавливается техника и производятся заборы, позволяющие установить рентабельность производства.
Уголь – это современная и дешевая замена нефти и газа, однако его добыча и переработка наносит существенный урон экосистеме. Россия является одним из лидеров по добыче полезного ископаемого, где насчитывается 26 бассейнов угля и более 600 месторождений.
Как используют уголь? «Нестандартные» отрасли применения
Многие воспринимают уголь исключительно как топливо. Безусловно, большая часть добываемого ископаемого отправляется на угольные ТЭЦ. Наравне с тепловой генерацией по объёмам потребления стоит разве что металлургия.
Остальная часть сырья отходит другим отраслям — иногда для совершенно неожиданных нужд. По самым скромным оценкам, сегодня выпускается свыше 400 продуктов из обработанного угля в разных сферах промышленности. Каким необычным превращениям подвергается горючий камень?
Золошлаки в строительной отрасли
После сжигания угля остаются целые горы золошлаков. Мало кто знает, но отходы котельных могут обрести новую жизнь в… строительных материалах.
В мире продолжает набирать обороты производство строительных материалов с вкраплениями «отходных» элементов. Золошлаки являются отличным заменителем материалов, используемых для формирования земляного полотна. Также отходы могут задействовать вместо песка для заполнения бетонов и строительных растворов.
Из золошлаков можно изготавливать цемент, известь, золобетон, кирпич, а также стеновые, кровельные и облицовочные материалы. С добавлением этого ингредиента данная продукция приобретает особую прочность, обладая при этом низкой теплопроводностью и относительно низкой себестоимостью.
Дорожно-строительная отрасль — ещё одна перспективная сфера применения отходов угольных ТЭС. Они являются универсальной добавкой при отсыпке дорожных насыпей, устройстве оснований и слоёв автодорог, в качестве компонента вяжущих материалов для укрепления грунтов.
Применение золошлаковых материалов в строительной отрасли может решить проблему ликвидации золоотвалов вплоть до их полной утилизации. Однако в России утилизация золошлаковых остатков — редкое явление.
Применение угля в быту
Все от мала до велика знают, как полезна угольная зола в садоводстве. Минеральные остатки используются в качестве удобрения в виде сухого материала, раствора или настоя, и всё благодаря полезным минеральным примесям.
Угольная зола — концентратор диоксида кремния, бора, марганца, цинка, меди, а также калиевых, фосфорных и прочих элементов. Зольные удобрения способствуют улучшению структуры грунтов, в том числе снижают уровень кислотности. Кроме того, они повышают влагопропускную способность и плодородность почв.
Уголь прочно вошёл в наш быт и благодаря своим высокими адсорбирующим свойствам. Способность нейтрализации вредных веществ позволяет использовать его для очистительных процессов.
Во-первых, горючее ископаемое используют для очистки питьевых, бытовых и технических вод. Фильтры с угольной загрузкой удаляют примеси и сокращают мутность жидкости. Во-вторых, частицы угля прекрасно справляются с устранением посторонних запахов и привкусов. И в-третьих, они способствуют нормализации уровня влажности в помещениях.
Ещё уголь используется в производстве углеродного волокна и специализированных компонентов (к примеру, металлического кремния), которые применяются в изготовлении бытовых приборов и средств личной гигиены.
Уголь в химической промышленности
Химики давным-давно распробовали уголь в качестве исходного сырья для своих экспериментов. Путём определённых махинаций из «топлива» научились получать огромное количество производных.
К примеру, антрацит в сочетании с нефтяным коксом дал миру искусственный графит, который, в свою очередь, нашёл своё применение в металлургической и машиностроительной сферах. Графит используют для изготовления футеровочных плит, плавильных тиглей, защитных чехлов для термопар, нагревательных элементов электропечей, скользящих контактов для электрических машин, анодов и сеток в ртутных выпрямителях и многого другого.
Неудивительно, что уголь сегодня является ещё и источником серы. При сжигании горючего ископаемого сернистые включения портят его качественные характеристики. Из нежелательного элемента можно извлечь пользу, ведь это вещество «в чистом виде» очень востребовано во многих отраслях. Как правило, серу удаляют из отходов коксохимического производства — двуокиси серы — или при обессеривания продуктов газификации угля.
Большой спектр применения у продукта коксования каменных углей — каменноугольной смолы. В состав этого вещества входит более 10 тысяч химических соединений, которые открывают химикам большие возможности.
Из каменноугольной смолы получают технические масла, синтетическое топливо, нафталин, аммиак, толуол и прочее. Далее они по цепочке «расходятся» в том числе и по бытовым вещам. Например, из смол выделяют бензол и ксилол, которые являются компонентом различных лаков, красок и растворителей.
Что делают из угля в фармацевтике и косметологии?
О популярности активированного угля, кажется, и упоминать не стоит. Каждый и далеко не один раз в жизни выпивал чёрные таблетки при инфекционных заболеваниях желудочно-кишечного тракта.
Вообще, активированный уголь является постоянным гостем домашних лайфхаков. Например, он отлично нейтрализует запахи в холодильнике, а ещё избавляет от плесени и грибков.
Но мы говорим о сферах применения угля в косметологии и медицине. Прекрасный пол распробовал активированный уголь при изготовлении масок для лица и волос в домашних условиях — опять же, ввиду его суперспособности эффективно очищать кожу от шлаков и токсинов.
Уже упомянутая каменноугольная смола входит в состав лечебных шампуней, мыла и мазей. Густая жидкость чёрного или коричневого цвета чаще всего используется для лечения кожных заболеваний головы, поскольку обладает противогрибковыми, противовоспалительными и противозудными свойствами.
Химические ответвления каменноугольной смолы заняли определённую нишу в парфюмерии. Иногда их добавляют в смесь ингредиентов из-за способности сохранять стойкость аромата и снижать его выветривание.
Некоторые вещества обладают уникальным специфическим запахом. Например, хинолин — химическая производная каменноугольной смолы — имеет дымный и кожаный «оттенки», поэтому стал универсальным элементом кожаных ароматов.
Высокая смертность и растущие объемы. Зачем России добывать уголь?
Насколько важен уголь в мировой промышленности и энергетике?
Доля угля в генерации электроэнергии в мире занимает в среднем около 40%, и колеблется для разных стран от 15–20%% ( например, в Германии около 18%) до 75–80%% ( Китай, Австралия).
В нашей стране доля угля в электрогенерации сильно отличается по регионам – в европейской части она составляет около четверти, в Сибири и на Дальнем Востоке – более половины.
Кроме того, уголь широко используется в промышленности – из него получают фенолы, аммиак, бензол, которые идут на производство красок, резины и многого другого. Также при глубокой переработке угля получают цинк, свинец, германий, молибден. Из золы, получаемой при сжигании угля, производят строительные материалы. Металлургическая промышленность использует при выплавке чугуна и стали кокс, получаемый из специальных сортов угля.
Чем объясняется такое высокое потребление угля в электроэнергетике?
В первую очередь, это его относительная дешевизна, даже учитывая нынешнее падение мировых цен на нефть и газ. В связи с этим уголь занимает такую большую долю в электрогенерации стран Юго-Восточной Азии и Австралии. В России, особенно в европейской ее части, относительно невысокая доля использования угля в ТЭЦ и ГЭС объясняется большим расстоянием от основных мест угледобычи до конечного потребителя, транспортная составляющая в стоимости угля может превышать половину. Также немаловажную роль в популярности угля для производства электроэнергии играет величина мировых запасов этого топлива.
Общие мировые запасы углеводородов оцениваются примерно в 1200 млрд тонн, из которых уголь составляет более 860 млрд тонн. Когда специалисты оценивают срок, на который человечество обеспечено нефтью и газом, то речь идет о десятках лет, для угля этот срок составляет сотни лет. Кроме того, рынок угля гораздо менее монополизирован, чем нефтегазовый сектор, его запасы достаточно широко распространены в мире и ценообразование на этом рынке в большей степени определяется экономическими факторами.
Насколько велики угольные запасы России?
Из 860 млрд тонн мировых запасов угля, на Россию приходится 177 млрд тонн. На первом месте находятся США с 237 млрд тонн разведанных запасов угля, на втором – Россия, на третьем – Китай со 115 млрд тонн. Также большими запасами угля обладают Индия (61 млрд тонн), Австралия (77), ЮАР (30), Украина (34), Казахстан (30) и многие другие страны.
Почему закрываются шахты в европейских странах?
Шахты в Великобритании, Германии, Испании, Франции закрываются в связи с тем, что себестоимость добычи угля в этих странах становится слишком дорогой и нерентабельной. Связано это с множеством факторов, например с тем, что уголь в Европе приходится добывать на больших глубинах, стоимость рабочей силы довольно высока и покупать привозной угль из ЮАР или другой страны обходится гораздо дешевле. Немаловажной причиной закрытия шахт также является и то, что шахтеры, в случае ущемления их прав, легко организуются и создают протестные движения, которые могут привести даже к отставке правительства, как это было в Великобритании в 1974 году, например.
Означает ли закрытие шахт сокращение доли угля в энергетике Европы?
В общем, сокращения угольной составляющей в энергетике Европы не происходит. О сокращении потребления угля заявляют Франция и Великобритания, а Германия, напротив увеличила долю угля в электрогенерации. С 2012 года по 2015 год в Европе было введено более 10 ГВт угольной генерации, что в 6 раз превышает аналогичный показатель по газу. На очереди находится еще более 8 ГВт угольных мощностей. Кстати, значительная доля угля в Германию поставляется из России.
Какие факторы сдерживают увеличение доли угля в мировой энергетике?
В основном, это экологический фактор. На него стали сильно напирать в США как раз на пике «сланцевой» революции. В европейских странах приоритет тому или иному виду топлива отдается в зависимости от текущего политического момента – нужно ли бороться за экологию, снизить ли зависимость от «Газпрома», или сокращать долю атомной энергетики после аварии на Фукусиме.
Экологические войны дошли даже до Австралии, хотя в этой стране ТЭС по своим экологическим показателям превосходят аналогичные станции в других странах. Здесь углекислый газ, улавливается и закачивается в землю, либо в нефтяные скважины для поддержания давления в нефтяных пластах. Современные ТЭС, строящиеся в Австралии, потребляют на 50% меньше воды, а выбросы углекислоты на них меньше на треть по сравнению с существующими станциями.
Наиболее серьезные проблемы, связанные со сжиганием угля, испытывает Китай, который потребляет сегодня до 50% мировой добычи этого топлива. Тем не менее, экономический фактор является для этой страны решающим и снижения доли угля в энергетике не происходит. Закрытие угольных шахт производится только по причине их нерентабельности.
Какова ситуация в угольной промышленности России?
Состоявшееся на этой неделе совещание с участием премьера Медведева в Новокузнецке, было посвящено оценке состояния перспектив угольной отрасли. По сути же, оно касалось в основном проблем безопасности угледобычи. Этому же было посвящено совещание у вице-премьера Дворковича, прошедшее двумя неделями ранее и созданнаяз специальная правительственная комиссия под его руководством. Поводом для этого послужили частые случаи массовой гибели шахтеров. Цифры, которые были озвучены на совещании в Новокузнецке, внушают чиновникам оптимизм – по данным главы Ростехнадзора Алешина, смертность в угольной отрасли России составляет 0,53 человека на миллион тонн добытого угля, что «соответствует показателям развитых добывающих стран», а по сравнению с Украиной, так и вовсе лучше в 3 раза. Насколько корректно сравнение каких либо показателей с регионом, в котором идут активные боевые действия, чиновнику виднее, но что касается «развитых добывающих стран», то глава Ростехнадзора использовал непроверенные данные – в таких странах как США или Австралия, которые несомненно относятся к ведущим добывающим, показатель смертности в отрасли ниже многократно. Кстати, в Германии, когда она еще относилась к категории добывающих, смертность была ниже 0,1 человека на миллион тонн угля.
Почему высока смертность на российских шахтах?
Угольный комплекс России достался нам в наследство от СССР. Угледобыча при Союзе рассматривалась как часть единого промышленно-энергетического комплекса страны. Говорить о рентабельности отдельно взятой шахты смысла не имело – некоторые из них строились в качестве «стратегического резерва», то есть функционировали с минимальной мощностью, но могли при надобности быстро нарастить добычу. Вблизи шахт создавались предприятия металлургической и химической промышленности. Яркий пример тому – промышленный кластер на Юго-Востоке Украины, в Донбассе. К сожалению, премьер-министру Медведеву об этом не доложили – на совещании в Новокузнецке глава кабмина заявил, что промышленности в Украине никогда не было, что не совсем соответствует действительности. Кстати, на некоторые металлургические комбинаты Донбасса частично поставлялся уголь из России даже в новейшие времена, в 2000-е годы.
Срок жизни шахты составляет в среднем 40 лет. Деятельность угольной отрасли должна постоянно сопровождаться разведывательными работами, освоением новых пластов, постоянными инвестициями – так же, как и в газовой или нефтяной отрасли. Несколько отработавших свой срок шахт при Союзе ежегодно замещались новыми.
С наступлением 90-х шахты были приватизированы, многие «нерентабельные» закрыты. Много усилий к «оптимизации» отрасли приложил Всемирный Банк, выдавая правительству колониальные кредиты под 7–8% годовых и привязывая к ним жесткие условия реорганизации отрасли. Новые собственники стали закупать импортное оборудование для добычи угля, которое было существенно производительнее отечественного, ввели потогонную систему труда для шахтеров и «процесс пошел» – шахты стали выдавать невиданную производительность. Деятельность шахт криминализировалась, директора сменялись каждые пару месяцев, успев сделать состояние себе и владельцам. Об инвестициях в отрасль не думал никто, зато чиновники докладывали о росте добычи и производительности труда. В процессе этого«праздника жизни» стало выясняться, что системы в шахтах, отвечающие за безопасность, на такую производительность не рассчитаны, а замена этих систем обходится слишком дорого, что рабочие, зарплата которых напрямую зависит от выработки, пренебрегают собственной безопасностью, что собственники в погоне за прибылью готовы нарушать техрегламенты и требования безопасности. В отрасли участились случаи массовой гибели людей, и правительство вынуждено было принять меры. Например, устроить выездное совещание в регионе с показательным посещением предприятий.
Каковы перспективы угольной отрасли в России?
На совещании в Новокузнецке выступил губернатор области Аман Тулеев, который сообщил, что за прошедшие 18 лет в регионе построены десятки новых шахт, обогатительных фабрик и других предприятий отрасли. Однако, по утверждению экспертов, за последние годы в стране введены в строй лишь единицы шахт, все остальные – это реконструированные и переименованные старые. Также на совещании губернатор области сообщил, что увеличена доля угля, добываемого открытым способом, а шахты с низким уровнем безопасности труда нужно закрывать. Премьер-министр призвал к увеличению внутреннего спроса на уголь и росту экспорта этого энергоносителя. Каким образом можно увеличить внутренний спрос, осталось неясным. Предложили договориться с РЖД о сохранении тарифов на перевозку угля. Каким образом можно об этом договориться с РЖД, тоже непонятно, так как коммерческими перевозками уже давно занимаются частные структуры. На совещании заодно выяснилось, что закрывать шахты с низким уровнем безопасности нельзя, так как они добывают дорогие коксующиеся сорта угля, который использует металлургия. То есть, до правительства донесена информация, что уголь можно не только гнать за рубеж в виде сырья, но и использовать внутри страны для производства продукции более высоких переделов. А это уже немало.