Самым древним способом добычи полезных ископаемых являются открытые горные выработки . Так, примерно в VI тысячелетии до н. э. появились первые примитивные горнопроходческие инструменты, а в IV тысячелетии на территории Северной Эфиопии, Кавказа, Индии и Синайского полуострова извлекали полиметаллические руды с целью получения бронзы.
От ручного труда до повсеместной механизации
Во время активного возведения пирамид в Древнем Египте появились первые большие карьеры, в античный период на открытой местности добывался мрамор. В средние века наметилась тенденция открытой добычи цветных металлов. Центрами выработок стали территории современных Испании, Италии и российского Урала. Уже к XVIII веку разработки россыпных месторождений карьерным способом на Урале и в Сибири обрели особую популярность.
Со временем широкое распространение получила добыча больших объемов ресурсов в шахтах и каменоломнях, и по сей день данный способ добычи является превалирующим. Но когда речь идет о неглубоком залегании породы, рентабельнее разрезы и карьеры. Популярность открытой добычи связана в первую очередь с ее экономической эффективностью. Так, извлечение полезных ископаемых в карьерах в три раза дешевле для угольных и в два раза - для рудных месторождений, чем шахтный. Кроме этого, при разработке месторождений карьерным способом отпадает необходимость в таких затратных и трудоемких этапах, как обустройство шахт или прокладывание тоннелей. Кроме этого, по производительности карьеры обгоняют шахты в два, а то и в три раза, а объем потерь полезных ископаемых снижается в пять раз!
Самой собой, настоящий прогресс в отрасли был бы невозможен без создания полноценных карьерных машин и налаживания основных процессов производства, таких как выемка, погрузка, транспортировка и образование отвалов.
Первые экскаваторы стали использоваться на карьерах, начиная с XIX века, а наступление XX столетия ознаменовалось бурным развитием открытой разработки месторождений в США и Германии. В России же дела обстояли не так радужно: практически до середины прошлого века преобладал ручной труд, частично механизированный за счет использования в качестве транспорта тачек.
На территории СССР первые крупные карьеры для добычи угля, цветных и черных металлов были обустроены с 1928 по 1941 годы. Вместе с тем совершенствовались и методики проведения взрывных работ. Так, в 20-х годах горняки отказались от средневекового пороза в пользу аммонала, в 30-х заменили его динамоном, во время Второй мировой войны, на годы которой пришелся существенный рост объемов добычи, использовали оксиликвит. В послевоенное время, когда экономика активно восстанавливалась, расширились масштабы механизации процессов на карьерах, было унифицировано экскаваторное и транспортное оборудование, а при взрывных работах стал применяться игданит.
В настоящее время открытая разработка месторождений позволяет удовлетворить порядка 65 % от объема мирового потребления сырья как рудного, так и нерудного происхождения, а также 35 % топлива твердого типа. Около 90 % бурых и 20-30 % каменных углей также извлекаются в разрезах, 75 % железных руд и порядка 80 % руд цветных металлов, 90 % других ископаемых и строительных материалов добываются в карьерах. Наибольшее распространение открытая добыча широко получила в США, Китае, Австралии, Канаде и ряде европейских стран. На территории Российской Федерации на долю добычи руд как черных, так и цветных металлов в карьерах приходится до 93 %, угля - 66 % и практически 100 % строительных материалов.
Угольный Клондайк
В целом угольная промышленность РФ является одной из самых главных отраслей, определяющих энергетическую безопасность и суверенитет России. Об этом в августе 2017 года на мероприятии, посвященном Дню шахтера, сообщил президент России Владимир Путин.
По последним данным, предоставленным Центральным диспетчерским управлением ТЭК (ЦДУ ТЭК), добыча угля в России в марте 2018 г. увеличилась по сравнению с показателем марта 2017 г. на 8,3 % - до 36,962 млн т, экспорт вырос на 0,9 % - до 15,638 млн т. Поставки российского угля на внутренний рынок увеличились на 17,8 % до 17,275 млн т. При этом в марте 2018 г. отмечено падение импорта угля на 41,5 % до 1,253 млн т.
Добыча крупнейших угольных компаний за отчетный период составила: СУЭК - 9,865 млн т (+6,5 %), УК «Кузбассразрезуголь» (входит в УГМК) - 3,921 млн т (+3,2 %), ХК «СДС-Уголь» - 2,133 млн т (-3,8 %), компания «Востсибуголь» - 1,283 млн т (+5,4 %), УК «Южный Кузбасс» (входит в «Мечел») - 635,3 тыс. т (-12,4 %), ХК «Якутуголь» (входит в «Мечел») - 704,1 тыс. т (-10 %). Значительная часть внутреннего рынка, а также экспорта приходится на долю Кузнецкого угольного бассейна - одного из крупнейших в России и в мире.
В бассейне, расположенном в Западной Сибири на территории Кемеровской области, находится 58 шахт и 36 угольных разрезов.
Крупнейшей компанией на Кузбассе, специализирующейся на добыче угля открытым способом, является ОАО «УК «Кузбассразрезуголь». В ее состав входят шесть угольных разрезов: «Кедровский», «Моховский», «Бачатский», «Краснобродский», «Талдинский», «Калтанский». Балансовые запасы УК составляют более двух млрд т угля. Ежегодно предприятия компании добывают свыше 45 млн т топлива.
Около 50 % добываемого угля реализуется на экспорт. Активными потребителями угля Кузбасса на внешнем рынке являются Нидерланды, Корея, Китай, страны Азии, на внутреннем - жители Западной Сибири, Урала, Европейской части России. Благодаря увеличению масштабов производства по добыче угля открытым способом популярность продукции Кузнецкого угольного бассейна возрастает. Уголь, добытый в разрезах, дешевле, чем из заглубленных месторождений в шахтах, поэтому данный вид продукции предпочитают закупать частные лица и мелкие предприниматели. Добывается как высококачественный, так и уголь низких сортов, что позволяет потребителям приобретать соответствующую целям продукцию.
Как мы уже говорили выше, открытый способ добычи угля невозможен без применения специализированной техники, которая адаптирована специально для данного вида промышленности. Впрочем, и здесь все не так просто: критериев выбора машин и оборудования множество.
Технологии добычи
Начнем с того, что добыча полезных ископаемых открытым способом осуществляется с применением разных подходов и технологий. В свою очередь на выбор того или иного производственного процесса влияет ряд факторов.
Во-первых, в зависимости от положения и формы залежей относительно поверхности земли различают следующие методы разработки месторождений:
- Поверхностный. Данный способ предусматривает освоение участка и обработку максимального объема как полезных ископаемых, так и вскрышных пород. При этом последние размещаются в отработанном пространстве карьера.
- Глубинный. При нем вскрышные породы извлекаются в нисходящем порядке слоями.
- Нагорный. В данном случае происходит перемещение вскрышных пород и полезных ископаемых сверху вниз до более глубинных отметок.
- Нагорно-глубинный метод применяется как вариант нагорного при достаточно сложном рельефе.
- Метод подводной добычи используется при расположении залежи и ее кровли под водой.
Во-вторых, по критерию положения рабочей зоны, а также перемещения фронта работ выделяют следующие методы:
- Сплошной. Руда добывается в залежах горизонтального или полого-падающего типа, при этом пустая порода размещается как в выработанном пространстве, так и за пределами карьера.
- Углубочный. Освоение крутых и наклонных залежей с размещением вскрыши во внешних отвалах.
- Смешанный. Включает в разной степени оба метода, используется при добыче полезных ископаемых в сложных горных, геологических и топографических условиях.
В-третьих, в соответствии используемым видам горного и транспортного оборудования выделяют следующие технологии:
- Цикличная. Процессы выемки и транспортировки руды проходят с паузами, что связано с особенностями применения конкретной техники.
- Циклично-поточная, при которой применяются механизмы непрерывного и цикличного действия. При этом выемка породы осуществляется машинами цикличного принципа работы - одноковшовыми экскаваторами, а также погрузчиками, а транспортировка - непрерывно работающими устройствами, в том числе конвейерами и автоматическими сортировочными установками.
- Поточная. При ней используются по большей части горные и транспортные машины с непрерывным принципом действия, к примеру, гидромеханические устройства, ленточные конвейеры, многоковшовые экскаваторы. Если для цикличной и циклично-поточной технологий характерно автоматизированное управление отдельными процессами, то для поточной задействуются автоматизированные системы управления.
Вне зависимости от типа освоения залежей в карьерах присуща идентичная общая схема работ. Слои пустых пород разделяются на уступы, которые снимаются сверху вниз, при этом верхние слои опережают нижние. Выработанное пространство увеличивается по мере перемещения рабочих уступов. В целом технологические процессы предусматривают отделение горных пород от полезных ископаемых, погрузку и вывоз горной массы, размещение пустой породы в отвалах.
Все начинается с геологоразведки. Уже после утверждения и запуска проекта проводятся подготовительные работы: рубка и корчевание леса, обводнение или осушение местности, строительство складских, административных и производственных объектов, коммуникаций, водопроводных и канализационных сетей. Трудоемкость процесса зависит от топографических особенностей, климатических условий, степени обводненности.
На этапе горно-капитальных работ и вскрытия месторождения обустраиваются структурные компоненты карьера: внутренние и внешние траншеи, монтируется горное, технологическое и транспортное оборудование. Вскрышные работы - отделение породы, мешающей извлечь полезные ископаемые, путем механического рыхления или с применением взрывчатки. Особенностью работы с вскрышными породами является постоянное перемещение забоев и пунктов разгрузки на отвалах.
Для того, чтобы пробурить взрывные скважины, используются буровые станки массой до 130 т. В качестве взрывчатых веществ применяются аммиачно-селитренные бестротиловые гранулиты и граммониты, а также водонаполненные компоненты для скважин с обводнением. Разрыхление осуществляется рыхлителями с мощностью до 735 кВт. Также на этапе вскрышных работ задействованы драглайны и механизированные лопаты с вместимостью ковша порядка полутора сотен куб. м.
Затем наступают непосредственно добыча, включающая выемку полезных ископаемых, их транспортировку и отгрузку на склады или на обогатительные комбинаты с использованием спецтехники.
В чем сила, брат?
Как мы уже говорили ранее, современный карьер - это высокотехнологичное предприятие, обладающее высокой степенью механизации. На месторождениях работают высокопроизводительные машины, предназначенные для выемки, дробления, перевозки и складирования породы и полезных ископаемых. Данные процессы производятся как разными горными машинами, так и комплексными агрегатами, которые выполняют сразу несколько функций.
Самые распространенные виды карьерной техники, используемые для строительной/горнодобывающей промышленности, - это экскаваторы разных типов, самосвалы большой/средней грузоподъемности, тракторы, погрузчики, бульдозеры, грейдеры. Все они различаются по типу, мощности, грузоподъемности и техническим параметрам, обеспечивая определенный спектр выполняемых задач, высокую производительность, упрощение технологического процесса и массу других преимуществ.
Выбор конкретных машин зависит от целого ряда условий, таких как степень крепости пород, форма пластов полезных ископаемых, геологические условия, рельеф и даже климат. Также оказывает влияние система разработки месторождения и режим проведения горных работ. Не последнюю роль играют и капитальные затраты, объемы прибыли и производительность труда.
С целью повышения эффективности освоения месторождений в карьерах внедряется комплексная механизация, характеризующаяся неразрывностью коммуникаций от точки забоя до пунктов разгрузки руды. Еще одно обязательное условие - машины, задействованные на бурении, выемке и погрузке, отвалах и вспомогательных задачах, должны соответствовать друг другу по показателям производительности и мощности.
Занятный факт: на выбор конкретной техники оказывают большое влияние национальные традиции отрасли. К примеру, в США операторы угольных разрезов отдают предпочтение большим экскаваторам, тогда как в Германии чаще используют транспортно-отвальные комплексы. В большинстве случаев в качестве техники для выемки и погрузки породы во всем мире используются экскаваторы, прямые мехлопаты и погрузчики шарнирно-сочлененного типа.
Особенностью поточной технологии открытой разработки месторождений является повсеместное использование роторных экскаваторов и самоходных дробилок, масса которых может достигать 600 т. Применение дробильных агрегатов, как мобильных, так и стационарных, размещаемых в разгрузочно-приемных пунктах, позволяет операторам шире использовать конвейерные системы.
Основной же транспортной единицей в карьерах по-прежнему являются самосвалы. Преобладающее количество таких машин имеет грузоподъемность до 155 т, в меньшей степени в открытой разработке месторождений участвуют гиганты (200-300 т). Кроме того, активно применяются железнодорожные 360-тонные агрегаты, думпкары с грузоподъемностью порядка 180 т. Есть среди карьерных машин и настоящие колоссы, мировые рекордсмены по габаритам и мощности среди экскаваторов, погрузчиков и самосвалов. Понятно, что задействование большого количества дорогих и мощных машин, колоссальные объемы работ предопределяют не только то, что карьерная добыча предельно эффективна, но и то, что она является достаточно затратным процессом. Подробнее о самосвалах мы поговорим дальше на страницах журнала.
Следующими по популярности идут мощные экскаваторы, которые обеспечивают расчистку территории, рытье котлованов, погрузку и массу другой работы. В большинстве своем используется два вида техники - дизельные и электрические модификации машин экскаваторного типа, но последние из них вызывают массу трудностей при эксплуатации, поэтому наиболее распространенными типами считаются машины на дизеле. Хотя среди преимуществ электрического экскаватора - большая грузоподъемность, снижающая затраты на добычу полезных ископаемых.
В качестве наглядного примера обратимся к уже упомянутому выше Бачатскому разрезу - одного из крупнейших в Кузнецком бассейне. Его строительство началось в 1948 г. в семи километрах от старинного села Бачаты, по которому протекает река Большой (Черновой) Бачат. На сегодняшний день его годовая добыча составляет свыше 8 млн 700 тыс. т.
Техническая база разреза включает в себя парк необходимого основного и вспомогательного оборудования, а также объекты ремонтного хозяйства - комплекс ремонтных, складских зданий и сооружений, объектов электроснабжения. По последним данным, на разрезе задействованы 29 экскаваторов, девять локомотивов, три буровых станка, 24 бульдозера тяжелого типа, а также 63 автосамосвала, в том числе самый крупный в странах СНГ в своем сегменте «БелАЗ-75600» грузоподъемностью 320 т массой 560 т.
В 2011 году на разрезе были запущены в эксплуатацию 35 кубовый китайский экскаватор WK-35 и американский Р&Н-4100 ХРС с объемом ковша 57 куб. м. Энергетические угли перерабатываются с 2002 г. на обогатительной фабрике «Бачатская энергетическая» мощностью три млн т угля в год и двух сортировочных комплексах ДСК-1 и ДСК-2, на каждом из которых перерабатывается 1,5 млн т угля в год. Коксующиеся угли перерабатываются с 2008 г. на обогатительной фабрике ОФ «Бачатская коксовая» с перерабатывающей мощностью 3 млн т угля в год. Разубоженный уголь из забоев автосхемы автосамосвалами вывозится на склады участка переработки и обогащения. Завершается реконструкция комплекса обогатительной установки с отсадочной машиной «Батак», что позволит увеличить извлечение товарного угля из углесодержащей массы РГМ с 350 тыс. до 750 тыс. т в год.
Импортные тенденции
Ввиду высокой востребованности карьерной техники данное направление машиностроения занимает сейчас крайне серьезную нишу. Среди производителей карьерной техники особо выделяются Белорусский и Могилевский автомобилестроительные заводы, на протяжении многих лет выпускающие мощную спецтехнику разного назначения. Среди зарубежных концернов ведущими производителями признаны Hitachi-Euclid, Liebherr, Caterpillar, Terex и Komatsu, выпускающие широкий модельный ряд карьерных машин и техники.
Одними из признанных лидеров мировой автоиндустрии в области производства, которую занимает карьерная спецтехника, являются американские компании Caterpillar и Terex, хорошо известные на российском рынке. Следующими по мощности производимых машин, их высокой продуктивности и техническим параметрам являются такие концерны, как немецкая компания Liebherr и японские производители техники Komatsu Hitachi. Основными производителями специализированной техники в России являются концерн «Тракторные Заводы» (торговая марка «Четра»), машиностроительная корпорация «Уралмаш», ОАО «Ижорские заводы» и группа «ГАЗ» (дивизион «Спецтехника») - торговая марка ТВЭКС и ЧСДМ.
Как сообщают эксперты, на рынке карьерного оборудования и техники в настоящее время превалируют образцы иностранного производства. Дабы не быть голословными, обратимся к цифрам. Данные об импорте на рынке карьерной технике в 2017 году предоставлены компанией ID-Marketing (www.id-marketing.ru). В исследовании рассмотрены следующие позиции: тяжелые гидравлические экскаваторы, большие горные гидравлические экскаваторы, тяжелые колесные погрузчики, тяжелые гусеничные бульдозеры. Данные об объемах импорта еще одних карьерных тружеников - самосвалах, мы раскроем в отдельном материале.
Результаты изложены в таблице. Красным цветом выделен общий объем импорта по конкретному виду техники за год, шт. Зеленым - темп прироста 2017 года к 2016, %.
Так, согласно исследованиям ID-Marketing, наибольший прирост объема поставок наблюдается в сегменте тяжелых гидравлических экскаваторов (147, 60 %). Общий объем поставок равен 827 единицам техники Лидирующие позиции занимают машины корейского производства (43, 53 %) рынка, 33, 49 % занято японскими экскаваторами, на долю китайских машин приходится 18,86 %, и только 4,11 % рынка представлены машинами производства других стран. Если говорить о брендах, то в текущем году наметилась занятная тенденция. 44, 38 % общего рынка занимают машины различных марок, увеличив долю присутствия на 198, 37 % по сравнению с 2016 годом. Далее следует HYUNDAI - его доля составляет 24,06 %, увеличив долю на 145, 68 % по сравнению с 2016 годом, затем KOMATSU (17,78%), прирост составил 133, 33 %. Большая доля поставок (38, 57 %) приходится на Москву, еще 14, 87 % – на Московскую область. 20, 31% от общего числа машин закуплены Приморским краем, что на 2300 % больше, чем в 2016 году.
Значительный прирост наблюдается и в сегменте больших горных гидравлических . В 2017 году в Россию поставлено 155 единиц техники, что на 118,31 % больше, чем в 2016. Наибольшую долю рынка (61,94 % и 96 машин соответственно) занимает техника производства Японии, затем - Франции (доля рынка - 14, 19 %, объем поставок - 22 машины. Основным импортером среди регионов является Москва (123 машины и 79,35 % рынка соответственно), 20% рынка приходится на долю Приморского края - 31 машина с приростом в рекордных 416,67 %. Кроме этого, начались поставки в Калужскую область.
Среди компаний лидирующие позиции у KOMATSU. В 2017 году бренд увеличил прирост на рынке на 122, 5 %, поставив 89 машин и заняв тем самым 57, 42 % рынка. На 214,29 % (до 14, 19%) возросла доля присутствия концерн LIEBHERR, поставив 22 экскаватора.
В 2017 году в Россию поставлено 45 тяжелых колесных погрузчиков, что на 55, 17% больше, чем в 2016. 16 из них шведского производства (35, 56% от общего рынка, что на 166,67 % больше, чем в 2016). 33,33 % занимает Япония (15 машин). Увеличив свою долю на 15,38 % по сравнению с 2016 годом. На 50 % увеличил объем поставок США – 12 машин, что составило 26,67 % от общей доли рынка. Главным покупателем также является Москва (15 машин и 33, 33% рынка соответственно). Затем следует Калужская область(13 машин, 28,89 % и увеличение доли на 116, 67 %). Впервые начались поставки в Новосибирскую область - 5 машин (11,11 %). На долю остальных регионов приходится 26,67 %(12 машин). Среди брендов лидирует VOLVO (16 машин, 35, 56 рынка с увеличением доли на 1 67, 76 % по сравнению с 2016 годом). 13 машин поставил KOMATSU (28,89с приростом на 85,71 %). 20% у CAT (9 машин, прирост на 85, 71%).
Рынок импорта тяжелых гусеничных бульдозеров в 2017 году возрос незначительно - на 35, 83% и составил 254 машины. Среди стран-поставщиков машин данного класса все также лидирует Япония - 39,76 %, хотя позиции снизились по сравнению с 2016 годом на 4,72%.
Угольная промышленность занимается добычей и первичной переработкой (обогащением) каменного и бурого угля и является самой крупной отраслью по численности рабочих и стоимости производственных основных фондов.
Уголь России
Россия располагает разнообразными типами углей — бурыми, каменными, антрацитами — и по запасам занимает одно из ведущих мест в мире . Общие геологические запасы угля составлют 6421 млрд. т, из них кондиционные — 5334 млрд. т. Свыше 2/3 общих запасов приходится на каменные угли. Технологическое топливо — коксующиеся угли — составляют 1/10 от общего количества каменных углей.
Распределение углей по территории страны крайне неравномерно . 95% запасов приходится на восточные регионы , из них более 60% — на Сибирь. Основная часть общегеологических запасов угля сосредоточена в Тунгусском и Ленском бассейнах. По промышленным запасам угля выделяются Канско-Ачинский и Кузнецкий бассейны.
Добыча угля в России
По объемам добычи угля Россия занимает пятое место в мире (после Китая, США, Индии и Австралии), 3/4 добываемого угля используется для производства энергии и тепла, 1/4 — в металлургии и химической промышленности. На экспорт идет небольшая часть, в основном в Японию и Республику Корея.
Открытая добыча угля в России составляет 2/3 общего объема . Этот способ добычи считается наиболее производительным и дешевым. Однако при этом не учитываются связанные с ним сильные нарушения природы — создание глубоких карьеров и обширных отвалов вскрышных пород. Шахтная добыча дороже и отличается высокой аварийностью, что во многом определяется изношенностью горного оборудования (40% его устарело и требует срочной модернизации).
Угольные бассейны России
Роль того или иного угольного бассейна в территориальном разделении труда зависит от качества углей, размера запасов, технико-экономических показателей добычи, степени подготовленности запасов для промышленной эксплуатации, размеров добычи, особенностей транспортно-географического положения. По совокупности этих условий резко выделяются межрайонные угольные базы — Кузнецкий и Канско-Ачинский бассейны, на которые суммарно приходится 70% добычи угля в России, а также Печорский, Донецкий, Иркутско-Черемховский и Южно-Якутский бассейны.
Кузнецкий бассейн , расположенный на юге Западной Сибири в Кемеровской области, является главной угольной базой страны и обеспечивает половину общероссийской добычи угля. Здесь залегает каменный уголь высокого качества, в том числе коксующийся. Почти 12% добычи осуществляется открытым способом. Главными центрами являются Новокузнецк, Кемерово, Прокопьевск, Анжеро-Судженск, Белово, Ленинск-Кузнецкий.
Канско-Ачинский бассейн расположен на юге Восточной Сибири в Красноярском крае вдоль Транссибирской магистрали и дает 12% добычи угля в России. Бурый уголь этого бассейна является самым дешевым в стране, поскольку добыча осуществляется открытым способом. Из-за низкого качества уголь малотранспортабелен и поэтому на базе крупнейших разрезов (Ирша-Бородинского, Назаровского, Березовского) действуют мощные тепловые электростанции.
Печорский бассейн является крупнейшим в европейской части и дает 4% добычи угля в стране. Он удален от важнейших промышленных центров и находится в Заполярье, добыча ведется только шахтным способом. В северной части бассейна (Воркутинское, Воргашорское месторождения) добывают коксующиеся угли, в южной (Интинское месторождение) — преимущественно энергетические. Основными потребителями печорского угля являются Череповецкий металлургический завод, предприятия Северо-Запада, Центра и Центрального Черноземья.
Донецкий бассейн в Ростовской области является восточной частью каменноугольного бассейна, расположенного на Украине. Это один из старейших районов добычи угля. Шахтный способ добычи обусловил высокую себестоимость угля. Добыча угля с каждым годом сокращается и в 2007 г. бассейн дал лишь 2,4% общероссийской добычи.
Иркутско-Черемховский бассейн в Иркутской области обеспечивает низкую себестоимость угля, так как добыча осуществляется открытым способом и дает 3,4% угля в стране. Из-за большой удаленности от крупных потребителей используется на местных электростанциях.
Южно-Якутский бассейн (3,9% общероссийской добычи) находится на Дальнем Востоке. Располагает значительными запасами энергетического и технологического топлива, причем вся добыча ведется открытым способом.
К перспективным угольным бассейнам относятся Ленский, Тунгусский и Таймырский, расположенные за Енисеем к северу от 60-й параллели. Они занимают обширные пространства в слабоосвоенных и малообжитых районах Восточной Сибири и Дальнего Востока.
Параллельно с созданием угольных баз межрайонного значения шло широкое освоение местных угольных бассейнов, что дало возможность приблизить добычу угля к районам его потребления. При этом в западных регионах России добыча угля сокращается (Подмосковный бассейн), а в восточных — резко возрастает (месторождения Новосибирской области, Забайкальского края, Приморья.
На практике процесс добычи угля весьма затратен. Сам уголь представляет собой продукт, формирующийся из расположенных на значительной глубине древних представителей флоры. В современном мире его используют во многих сферах жизни и в значительном объеме. Поэтому добыча горючего камня была и остается доходным вариантом бизнеса. В последние десятилетия прослеживается явная тенденция повышения технологичности для процессов угледобычи.
На настоящий момент лидирующие позиции по добыче ископаемого принадлежат КНР. Следующая позиция принадлежит США, следом идет Индия, добывающая отрасль которой приносит до 15% от общей мировой добычи.
Существующие способы добычи угля
Залежи ископаемого угля располагаются на значительной глубине под землей. Продукт может располагаться в верхних или нижних слоях. Это зависит от особенностей процесса формирования угля. Если в одних случаях добыча ведется на глубине в несколько метров, то при других приходится снимать пласты на километровую глубину.
Современная технология добычи угля предполагает два основных способа:
- открытая добыча;
- подземная добыча.
Каждый из них характеризуется определенными особенностями, преимуществами и недостатками.
Открытый вариант добычи
В этом случае применяются так называемые угольные разрезы. Актуальна добыча угля таким способом, когда сырье располагается в слоях земли в пределах сотни метров от поверхности почвы.
Необходимое оборудование – это экскаватор, предназначенный для удаления верхнего слоя земли. В дальнейшем он нагружает ископаемый уголь в специализированные машины – карьерные самосвалы. Именно они перевозят сырье на отвалы.
Под отвалами понимаются внушительные насыпи, высота которых в отдельных случаях может достигать десятка километров.
На этом этапе добычи угля применяются другие машины – бульдозеры. Их роль сводится к равномерному распределению извлеченной породы в рамках поверхности. Кроме того, их задача – это создание дорог и проездов для самосвалов.
Еще один важный участник добычи горючего камня – это поливальные машины. Именно они сбивают, образующуюся на отвалах, пыль.
Следующий этап технологического процесса сводится к работе экскаваторов. Они черпают каменные угли, перегружая их в самосвалы. Последние транспортируют грузы на склады для хранения и последующей транспортировки к местам назначения.
Подземный вариант добычи
Подземная добыча ведется в условиях угольных шахт. Здесь требуются иные угледобывающие агрегаты. Причина в том, что шахты существуют на протяжении многих лет, поэтому при такой добыче угля не требуются механизированные средства.
В этом случае необходимо обустройство штольни, представляющей собой тоннель, пролегающий в горизонтальном либо в вертикальном направлении, непосредственно подходящий к пластам ископаемого угля.
Ширина пластов при добыче угля может колебаться в широких пределах, от нескольких метров до десятков километров.
Современные предприятия ведут разработки с применением угольных комбайнов. На некоторых этапах могут использоваться и сравнительно небольшие приспособления – отбойные молотки. Возможна и другая разновидность процесса добычи угля. Она предполагает нарезку исходных пластов при помощи специальных приспособлений. Они предназначены для подачи под значительным давлением воды.
Добыча необогащенных углей и иных горны пород – это необходимое занятие. Но оно сопряжено с серьезными рисками, поэтому относится к наиболее опасной категории.
Технологические процессы по очистке угля
Технология очистных работ представляет собой несколько процессов в рамках добычи угля, тесно связанных друг с другом.
Технологии по очистке каменных углей предполагают следующие этапы:
- выемка сырья в рамках очистного забоя;
- погрузочные работы;
- транспортировка;
- проветривание;
- сооружение и последующая передвижка крепи;
- выбор горного давления и др.
В рамках выемки необогащенных углей осуществляется сначала отбойка, а затем и его погрузка.
Отделение ископаемого от основного массива – это манипуляция отбойки. Ее проделывают по буровзрывной методике, механической и гидравлической. Вариант определяется конкретными свойствами пласта угля, его устойчивости и наличия рабочих машин.
На практике при добыче горючего камня, отбойка обычно осуществляется по механической методике. Она предполагает разрушение имеющегося слоя посредством специальных приспособлений на рабочих агрегатах. Последующая выемка бывает струйной и комбайновой.
При гидравлическом варианте добычи, манипуляции делятся на несколько мелких, мелкооперационных. Эти задачи реализуются без привлечения человека. Наиболее широкое применение такой способ добычи получил на Кузбассе. Струя воды подается с большой силой.
Механический способ
Возможен и механический вариант. Он предполагает применение специальных приспособлений – отбойных молотков, то есть, пневматических ручных машин. Агрегат особенно актуален для очистного забоя при крутых пластах, когда имеются сложности с электроэнергией. Транспортировка отбитого угля осуществляется самотеком рядом с лавой. Для перемещения применяются конвейеры скребкового типа.
При определенных условиях добычи угля практикуется такой комплекс мероприятий, как регулировка горного давления. Оно может предполагать частичную либо полную закладку определенной области, полое обрушение, либо опускание кровли.
Единый цикл работы составлен из таких составляющих, как выемка сырья, его транспортирование и крепление, а также управление горным давлением.
Комплексная механизация добычи горючего камня
Современные механизированные комплексы, составленные из профильных агрегатов и оборудования по добыче угля, все активнее применяются в угледобывающей отрасли. Теперь в числе их составляющих присутствуют струговые установки наряду с комбайнами с узким захватом, конвейеры передвижного безразборного типа и другие механизмы. Производительность очистного забоя составляет в пределах 3 тыс. тонн ежесуточно.
Обычно подключение технологических схем стандартно. Передвижная крепь монтируется на протяжении периметра забоя. Она необходима для предотвращения возможных завалов рабочей области породой, будь то каменный или бурый уголь. Далее располагается скребковый конвейер, на раме которого устанавливается специальный комбайн. Данный агрегат отличается узким захватом наряду с возможностью перемещения посредством специальной цепи.
Механизированная цепь разделена на отдельные крепи, каждая из которых взаимосвязана с соседними, а также с рабочим конвейером.
При выемке работа комбайна происходит в любом направлении, при этом исключены излишние нерезультативные перемещения.
Дополнительные технологические процессы
Помимо основных манипуляций, в рамках добычи угля присутствует и несколько дополнительных. В первую очередь к ним относится откачка воды. Она в большем или меньшем объеме попадает в выработки, выполняемые под землей. Нередко суточная выкачка измеряется не только сотнями, но и несколькими тысячами. В итоге жидкость перемещается на поверхность посредством специальных насосов.
Еще одна важная вспомогательная манипуляция при добыче угля – это обеспечение освещения и вентиляции.
Отдельное внимание уделяется обслуживанию основных рабочих механизмов, которые применяются как в самой шахте, так и над ней. Они поддерживают шахту в рабочем состоянии.
Сферы применения ископаемого
Основное направление, по которому используется добытый материал – это энергетическая сфера. То есть, он был и остается одним из самых распространенных видов топлива. На нем работают как отопительные установки, так и электростанции.
В ходе обработки исходного угля производятся его технологические варианты. Так, кокс нашел широкое применение в металлургической сфере.
Кроме того, именно на основании угля ведется химическая переработка, а также создаются новые продукты, которые в дальнейшем применяются в самых разных сферах человеческой жизни.
Преимущественно уголь идет на газификацию и коксование, а также гидрогенизацию. Технологии добычи угля продолжают совершенствоваться. Это необходимо для минимизации участия человека в таком сложном и опасном деле.
Видео: Современная добыча угля
Каменный уголь - осадочная порода, которая образуется в земном пласте. Уголь - превосходное топливо. Считается, что это самый древний вид топлива, который использовали наши далекие предки.
Как образуется каменный уголь
Для образования угля необходимо огромное количество растительной массы. И лучше, если растения накапливаются в одном месте и не успевают разлагаться полностью. Идеальное место для этого - болота. Вода в них бедна кислородом, что препятствует жизнедеятельности бактерий.
В болотах накапливается растительная масса. Не успевая полностью сгнить, она спрессовывается следующими отложениями почвы. Так получается торф - исходный материал для угля. Следующие пласты почвы как бы запечатывают торф в земле. В результате он полностью лишается доступа кислорода и воды и превращается в угольный пласт. Процесс этот длительный. Так, большая часть современных запасов каменного угля образовались в эпоху палеозоя, т. е. более 300 млн. лет назад.
Характеристики и виды каменного угля
(Бурый уголь )
Химический состав угля зависит от его возраста.
Самый молодой вид - бурый уголь. Он залегает на глубине порядка 1 км. Воды в нем еще много - около 43%. Содержит большое количество летучих веществ. Хорошо воспламеняется и горит, но тепла дает мало.
Каменный уголь - этакий "середнячок" в этой классификации. Залегает он на глубинах до 3 км. Так как давление верхних пластов больше, то и содержание воды в каменном угле меньше - около 12%, летучих веществ - до 32%, зато углерода содержится от 75% до 95%. Он также легко воспламеняется, но горит лучше. А за счет малого количества влаги дает больше тепла.
Антрацит - более древняя порода. Залегает на глубинах порядка 5 км. В нем больше углерода и практически нет влаги. Антрацит - твердое топливо, плохо воспламеняется, зато удельная теплота сгорания самая высокая - до 7400 ккал/кг.
(Уголь антрацит )
Впрочем, антрацит - это не конечная стадия преобразования органического вещества. Попадая в более жесткие условия, уголь трансформируется в шунтит. При более высоких температурах получается графит. А испытывая сверхвысокое давление, уголь превращается в алмаз. Все эти вещества - от растения до алмаза - состоят из углерода, только молекулярная структура разная.
Помимо основных "ингредиентов" в состав угля часто входят различные "породы". Это примеси, которые не сгорают, а образуют шлак. Содержится в угле и сера, причем ее содержание обуславливается местом образования угля. При сгорании она взаимодействует с кислородом и образует серную кислоту. Чем меньше примеси в составе угля, тем выше ценится его сорт.
Месторождение каменного угля
Место залегания каменного угля называют угольным бассейном. В мире известно свыше 3,6 тысяч угольных бассейнов. Их площадь занимает около 15% территории земной суши. Самый большой процент залежей мирового запаса угля в США - 23%.На втором месте - Россия, 13%. Замыкает тройку стран-лидеров Китай - 11%. Самые крупные залежи угля в мире находятся в США. Это Аппалачский каменноугольный бассейн, чьи запасы превышают отметку в 1600 млрд. тонн.
В России самый большой угольной бассейн - Кузнецкий, что в Кемеровской области. Запасы Кузбасса составляют 640 млрд. тонн.
Перспективна разработка месторождений в Якутии (Эльгинское) и в Тыве (Элегестское).
Добыча каменного угля
В зависимости от глубины залегания угля применяют либо закрытый способ добычи, либо открытый.
Закрытый, или подземный метод добычи. Для этого метода строят шахтные стволы и штольни. Шахтные стволы строят, если глубина залегания угля 45 метров и выше. От нее ведут горизонтальный тоннель - штольню.
Существуют 2 системы закрытой добычи: камерно-столбовая и добыча длинными очистными забоями. Первая система менее экономична. Ее используют лишь в тех случаях, когда обнаруженные пласты мощные. Вторая система гораздо безопаснее и практичнее. Она позволяет извлекать до 80% породы и равномерно доставлять уголь на поверхность.
Открытый метод применяют, когда уголь залегает неглубоко. Для начала проводят анализ твердости почвы, выясняют степень выветриваемости почвы и слоистость покрывающего слоя. Если грунт над пластами угля мягкий, достаточно использования бульдозеров и скреперов. Если верхний пласт толстый, то пригоняют экскаваторы и драглайны. Пролегающий над углем мощный слой твердой породы взрывают.
Применение каменного угля
Область использования каменного угля просто огромна.
Из угля добывают серу, ванадий, германий, цинк, свинец.
Сам уголь - превосходное топливо.
Используется в металлургии для выплавки железа, при производстве чугуна, стали.
Полученную после сжигания угля золу используют в производстве строительных материалов.
Из угля после его специальной обработки получают бензол и ксилол, которые используют в производстве лаков, красок, растворителей, линолеума.
Путем сжижения угля получают первоклассное жидкое топливо.
Уголь - сырье для получения графита. А также нафталина и еще ряда ароматических соединений.
В результате химической обработки каменного угля на сегодняшний день получают свыше 400 видов промышленных продуктов.
В России в Сибирском Федеральном округе добывают более 80% угля от всего объема по стране. Последние годы производство угля растет. Лидером отрасли является компания ОАО «СУЭК».
Самой крупной отраслью (по численности рабочих и стоимости производственных основных фондов) топливной промышленности является добыча угля в России. Угольная промышленность добывает, перерабатывает (обогащает) каменный, бурый уголь и антрациты.
Как и сколько угля производят в Российской Федерации
Это полезное ископаемое добывается в зависимости от глубины нахождения: открытым (в разрезах) и подземным (в шахтах) способами. За период с 2000 года по 2015 год производство подземным способом выросло с 90,9 до 103,7 миллионов тонн, а открытым - увеличилось более, чем на 100 миллионов тонн с 167,5 до 269,7 миллионов тонн. Количество ископаемого, добытого в стране за этот период с разбивкой по способам производства см. на рис. 1.
По информации Топливно-энергетического комплекса (ТЭК) в Российской Федерации в 2016 году было добыто 385 миллионов тонн черного ископаемого, что на 3,2% выше предыдущего года. Это позволяет сделать вывод о положительной динамике роста отрасли в последние годы и о перспективности, несмотря на кризис .
Виды этого ископаемого, добываемые в нашей стране, делятся на энергетические и угли для коксования. В общем объеме за период с 2010 года по 2015 год доля добычи энергетических выросла с 197,4 до 284,4 млн. т. Объемы добычи угля в России по видам см. на рис. 2.
Источник: Журнал «Уголь» по данным Росстата
Сколько в стране черного ископаемого и где его добывают
По информации Росстата, Российская Федерация (157 млрд. т.) занимает второе место после США (237,3 млрд. т.) в мире по угольным запасам. На долю РФ приходится около 18% всех мировых запасов. См. рисунок 3.
Источник: Росстат
Информация Росстата за 2010-2015 годы говорит о том, что в стране добыча проводится в 25 субъектах Федерации в 7 Федеральных округах. Действует 192 угольных предприятия. В их числе 71 шахта, и 121 угольный разрез. Их совокупная производственная мощность составляет 408 миллионов тонн. Более 80% его добывается в Сибири. Добыча угля в России по регионам отражена в таблице 1.
Источник: Министерство энергетики РФ
В 2016 году 227 400 тыс. т . добыто в Кемеровской области (такие города с одной отраслевой принадлежностью называют моногородами), из них около 125 000 тыс. тонн пошло на экспорт.
На Кузбасс приходится около 60% отечественного угольного производства, там находится около 120 шахт и разрезов.
В начале февраля 2017 г в Кемеровской области начал работу новый разрез - Трудармейский Южный с проектной мощностью 2 500 тыс. т. в год.
В 2017 г на разрезе планируется добыть 1 500 тыс. т. ископаемого, а на проектную мощность, по прогнозам, разрез выйдет в 2018 г. Также в 2017 г в Кузбассе планируется запуск трех новых предприятий.
Крупнейшие месторождения
На территории Российской Федерации есть 22 угольных бассейна (по информации Росстата на 2014 год) и 129 отдельных месторождений. Более 2/3 запасов из тех, что уже разведаны, сосредоточено в Канско-Ачинском (79,3 млрд. т.) и Кузнецком (53,4 млрд. т.) бассейнах. Они находятся на территории Кемеровской области Красноярского края.
Также к числу крупнейших бассейнов относятся: Иркутский, Печорский, Донецкий, Южно-Якутский, Минусинский, прочие. На рисунке 4 показана структура разведанных запасов по основным бассейнам.
Источник: Росстат
Импорт-экспорт
Российская Федерация входит в тройку крупнейших экспортеров угля после Австралии (объем экспорта 390 млн. т.) и Индонезии (330 млн. т.) в 2015 году. Доля России за 2015 год - 156 млн. т. черного ископаемого пошло на экспорт. Этот показатель для страны вырос на 40 млн. т. за пять лет. Кроме РФ, Австралии и Индонезии в шестерку стран-лидеров входят Соединенные Штаты Америки, Колумбия и ЮАР. Структура мирового экспорта представлена на рис. 5.
Рис. 5: Структура мирового экспорта (страны-крупнейшие экспортеры).
