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.
Добыча угля как индустриальная отрасль получила широкое распространение в начале ХХ века и по сей день продолжает относиться к одним из самых прибыльных видов добычи залежей полезных ископаемых. Уголь добывают в промышленных масштабах по всему миру.
Вопреки общепринятому мнению, данное ископаемое используется не только в виде качественного топлива. В середине ХХ века угольная промышленность дала мощный толчок к развитию научных исследований по выделению углеводородов из полезных ископаемых.
Где ведется добыча
Самые крупные страны, добывающие каменный уголь – КНР, США, Индия. занимает 6 место в мировом рейтинге по его добыче, хотя по запасам входит в тройку лидеров.
В России добывают бурый, уголь, каменный уголь (в т.ч коксующийся) и антрацит. Основные угледобывающие районы в России – это Кемеровская область, Красноярский край, Иркутская область, Чита, Бурятия, республика Коми. Есть уголь на Урале, Дальнем Востоке, на Камчатке, в Якутии, Тульской и Калужской областях. В России 16 угольных бассейнов. Один из самых крупных – , там добывается больше половины каменных углей России.
Как добывают каменный уголь
В зависимости от глубины залегания угольного пласта, его площади, формы, толщины, различных географических и экологических факторов выбирается определенный метод добычи угля. К основным таким способам относятся следующие:
- шахтный;
- разработки в угольном карьере;
- гидравлический.
Кроме того, существует добыча угля открытым способом, при условии что угольный пласт залегает на глубине не более ста метров. Но данный способ по форме очень схож с карьерными угольными разработками.
Шахтный способ
Этот метод применяется при с больших глубин и имеет неоспоримое преимущество перед открытыми методами углевыработки: уголь на большой глубине более качественный и практически не содержит примесей.
Для доступа к угольным пластам бурят горизонтальные или вертикальные туннели (штольни и шахты). Известны случаи угольных разработок на глубине до 1500 метров (шахты «Гвардейская», «Шахтерская-Глубокая»).
Подземную добычу угля относят к одной из самых сложных специализаций ввиду ряда опасностей:
- Постоянная угроза прорыва подземных вод в шахтный ствол.
- Постоянная угроза прорыва сопутствующих газов в шахтный ствол. Кроме возможного удушья, особая опасность – взрывы и пожары.
- Несчастные случаи в связи с высокой температурой на больших глубинах (до 60 градусов), неосторожным обращением с оборудованием и т.д.
Данным способом из земных недр извлекают примерно 36 % мировых запасов угля, что составляет 2625,7 млн т.
Открытый способ
Разработки по в угольном карьере относятся по своей классификации к открытому способу добычи угля, поскольку не требуют бурения шахт и штолен на большую глубину.
Этот способ добычи заключается в подрыве и удалении вскрыши (пласта лишних пород над угольными залежами) с места разработок. После этого при помощи экскаваторов, водяных пушек, бульдозеров, дробилок, драглайнов и конвейеров происходит дробление породы и передача её дальше.
Данный способ добычи угля считается менее безопасным, чем закрытый (шахтный). Но и он имеет определенные факторы риска, связанные с неосторожным обращением с оборудованием и крупногабаритным транспортом, возможностью отравления выхлопными газами и сопровождающими машинную деятельность веществами.
Существенным минусом данного способа считается нанесение большого вредя окружающей среде вследствие снятия большой площади земельного слоя и сопутствующих ему природных элементов.
Открытый способ считается одним из самых распространенных в мире – с его помощью добывается более 55% угля в год, что составляет 4102,1 млн т.
Впервые его начали применять в Советском союзе в 30-х годах ХХ века. Он предполагает добычу угля в глубоких шахтах, при этом транспортировка на поверхность угольной породы происходит с помощью водных струй под напряжением. Данный способ позволил использовать недостаток подземной добычи угля – подземные воды – себе во благо.
В последнее время гидравлическую добычу угля считают одним из самых респектабельных способов. Она способна заменить трудоемкий и опасный процесс добычи угля шахтерами, вместо которых разрушительной и подъемной силой будет выступать вода.
К минусам данного способа добычи угля относят следующие:
- постоянный контакт рабочих инструментов и механизмов с водой и горной породой;
- определенные трудности при замене или починке рабочего оборудования;
- зависимость процесса добычи угля от толщины, угла наклона и твердости горной породы.
Данным способом ежегодно добывается примерно 7,5 % угля, что составляет 545,5 млн т.
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).
Каменным углём называют осадочную породу, образующуюся при разложении остатков растений (древовидных папоротников, хвощей и плаунов, а также первых голосеменных растений). Основные запасы каменного угля, добывающегося в настоящее время, образовались в период палеозоя, около 300-350 миллионов лет назад. Каменный уголь добывается уже несколько столетий и является одним из наиболее важных полезных ископаемых. Используется в качестве твёрдого топлива.
Каменный уголь состоит из смеси высокомолекулярных ароматических соединений (преимущественно углерода), а также воды и летучих веществ с небольшим количеством примесей. В зависимости от состава угля меняется и количество теплоты, выделяющееся при его сгорании, а также количество образующейся золы. От этого соотношения зависит ценность угля и его месторождений.
Для образования полезного ископаемого также необходимо было соблюдение следующего условия: гниющий растительный материал должен был накапливаться быстрее, чем происходило его разложение. Именно поэтому каменный уголь образовывался в основном на древних торфяных , где накапливались углеродные соединения, а доступ кислорода практически отсутствовал. Исходным материалом для возникновения угля является, собственно, сам торф, который также некоторое время использовался в качестве топлива. Уголь же образовался в том случае, если пласты торфа оказывались под другими наносами. Торф при этом спрессовывался, терял и воду, в результате чего образовывался уголь.
Каменный уголь возникает при залегании пластов торфа на значительной глубине обычно более 3 км. На более значительной глубине образуется антрацит – высший сорт каменного угля. Однако это не означает, что все угольные месторождения расположены на большой глубине. Со временем под действием тектонических процессов различной направленности некоторые пласты испытывали поднятие, в результате чего оказывались ближе к поверхности.
От того, на какой глубине находятся угленосные , зависит и способ добычи угля. Если уголь залегает на глубине до 100 метров, то добыча обычно ведётся открытым способом. Так называется снятие верхнего над месторождением, при котором полезное ископаемое оказывается на поверхности. Для добычи с большой глубины используется шахтовый метод, при котором доступ к осуществляется посредством создания специальных подземных ходов – шахт. Самые глубокие угольные шахты в России находятся на расстоянии около 1200 метров от поверхности.
Наиболее крупные месторождения каменного угля в России
Эльгинское месторождение (Саха)
Это угольное месторождение, находящееся на юго-востоке Республики Саха (Якутия) в 415 км к востоку от города Нерюнгри, является наиболее перспективным для открытой разработки. Площадь месторождения составляет 246 км2. Месторождение представляет собой пологую асимметричную складку.
Угленосными являются отложения верхней юры и нижнего мела. Основные угольные пласты находятся в отложениях нерюнгринской (6 пластов мощностью 0,7-17 м) и ундыктанской (18 пластов мощностью также 0,7-17 м) свит.
Угли здесь в основном полублестящие с очень высоким содержанием наиболее ценного компонента - витринита (78-98 %), средне- и высокозольные, малосернистые, малофосфористые, хорошо спекающиеся, с высокой теплотой сгорания. Эльгинский уголь с помощью специальной технологии можно обогатить, что позволит получить продукт более высокого качества, отвечающего мировым стандартам. Мощные пологие пласты угля перекрываются отложениями небольшой мощности, что очень важно для добычи открытым способом.
Элегестское месторождение (Тува)
Расположено в Республике Тува. Это месторождение обладает запасами около 20 миллиардов тонн. Большая часть запасов (около 80%) находится в одном пласте толщиной 6,4 м. Освоение этого месторождения в настоящее время продолжается, поэтому наибольшей мощности добыча угля здесь должна достигнуть примерно в 2012 году.
Крупные месторождения угля (площадь которых составляет тысячи км2) называют угольными бассейнами. Обычно такие месторождения находятся в какой-либо крупной тектонической структуре (например, прогибе). Однако не все месторождения находящиеся поблизости друг от друга принято объединять в бассейны, и иногда они рассматриваются как отдельные месторождения. Происходит это обычно по исторически сложившимся представлениям (месторождения открыты в разные периоды).
Минусинский угольный бассейн располагается в в Республике Хакасия. Добыча угля здесь началась ещё в 1904 году. К наиболее крупным месторождениям относятся Черногорское и Изыхское. По оценкам геологов, запасы угля на данной территории составляют 2,7 миллиарда тонн. В бассейне преобладают каменные длиннопламенные угли с высокой теплотой сгорания. Угли относятся к среднезольным. Максимальная зольность характерна для углей Изыхского месторождения, минимальная – для углей Бейского месторождения. Добыча угля в бассейне ведётся разными : существуют как разрезы, так и шахты.
Кузнецкий угольный бассейн (Кузбасс) – одно из крупнейших угольных месторождений мира. Кузбасс располагается на юге в неглубокой котловине между горными массивами , Горной Шории и . Это территория Кемеровской области. Сокращение «Кузбасс» является вторым названием области. Первое месторождение в районе Кемерово было открыто в далёком 1721 году, а в 1842 году геологом Чихачёвым был введён термин «Кузнецкий угольный бассейн».
Добыча здесь также ведётся разными способами. На территории бассейна располагается 58 шахт и более 30 разрезов. По качеству угли « » разнообразны и относятся к числу лучших углей.
Угленосная толща Кузнецкого угольного бассейна состоит примерно из 260 угольных пластов различной мощности, неравномерно распределённых по разрезу. Преобладающая мощность пластов угля от 1,3 до 4,0 м, но имеются и более мощные пласты в 9-15 и даже в 20 м, а в некоторых местах до 30 м.
Максимальная глубина угольных шахт не превышает 500 м (средняя глубина около 200 м). Средняя мощность разрабатываемых угольных пластов 2,1 м, но до 25 % шахтной добычи угля приходится на пласты свыше 6,5 м.
Угледобывающая отрасль является крупнейшим сегментом топливной промышленности. Во всём мире она превосходит любую другую по численности рабочих и количеству оборудования.
Что такое угольная промышленность
Угледобывающая отрасль подразумевает добычу угля и его последующую переработку. Работы ведутся как на поверхности, так и под землёй.
Если залежи находятся на глубине не более 100 метров, работы осуществляются карьерным способом. Для разработки месторождения на большой глубине используются шахты.
Классические способы добычи угля
Работа на угольных разрезах и под землёй - главные способы добычи ископаемого. Большая часть работ в России и в мире ведётся открытым способом. Это обусловлено финансовой выгодой и высокой скоростью добычи.
Процесс заключается в следующем:
- При помощи специального оборудования снимается верхний пласт земли, покрывающий месторождение. Несколько лет назад глубина открытых работ была ограничена 30 метрами, новейшие технологии позволили увеличить её в 3 раза. Если верхний слой мягкий и небольшой, его снимают с помощью экскаватора. Толстый и плотный слой земли предварительно дробится.
- Угольные залежи отбивают и увозят при помощи спецтехники на предприятие для дальнейшей переработки.
- Рабочими восстанавливается естественный рельеф во избежание нанесения вреда окружающей среде.
Недостаток данного способа заключается в том, что залежи угля, находящиеся на небольшой глубине, содержат примеси грязи и других пород.
Более чистым и качественным считается уголь, добытый подземным способом.
Главной задачей этого метода является транспортировка угля с больших глубин на поверхность. Для этого создаются проходы: штольня (горизонтальный) и шахта (наклонный либо вертикальный).
В тоннелях специальными комбайнами рубятся пласты угля и грузятся на конвейер, поднимающий их на поверхность.
Подземный способ позволяет добыть большое количество ископаемого, но он имеет существенные недостатки: высокая стоимость и повышенная опасность для рабочих.
Нетрадиционные способы добывания угля
Данные способы эффективны, но не имеют массового распространения - на данный момент отсутствуют технологии, позволяющие чётко наладить процесс:
- Гидравлический. Добыча ведётся в шахте на большой глубине. Угольный пласт крошится и доставляется на поверхность под сильным напором воды.
- Энергия сжатого воздуха. Она выступает как разрушительной, так и подъёмной силой, сжатый воздух находится под сильным давлением.
- Виброимпульсный. Пласты разрушаются под воздействием мощных колебаний, образованных оборудованием.
Данные методы применялись ещё в Советском Союзе, но не стали популярными из-за необходимости крупных финансовых вложений. Лишь несколько угледобывающих компаний продолжают использовать нетрадиционные способы.
Главное их преимущество - отсутствие рабочих на потенциально опасных для жизни участках.
Страны-лидеры по добыче угля
По статистическим данным мировой энергетики составлен рейтинг стран, занимающих лидирующие позиции по добыче угля в мире:
- Индия.
- Австралия.
- Индонезия.
- Россия.
- Германия.
- Польша.
- Казахстан.
Уже много лет Китай лидирует по объёмам угледобычи. В КНР разрабатывается только 1/7 часть имеющихся месторождений, это обусловлено тем, что уголь не вывозится за пределы страны, а имеющихся запасов хватит как минимум на 70 лет.
На территории США месторождения равномерно разбросаны по стране. Своими запасами они обеспечат страну не менее чем на 300 лет.
Месторождения угля в Индии весьма богаты, но почти весь объём добытого используется в энергетической промышленности, т. к. имеющиеся запасы имеют очень низкое качество. Несмотря на то что Индия занимает одну из ведущих позиций, в этой стране прогрессируют кустарные способы добывания угля.
Запасов угля в Австралии хватит примерно на 240 лет. Добытый уголь имеет наивысшую оценку качества, значительная его часть предназначена для экспорта.
В Индонезии уровень добычи угля растёт с каждым годом. Ещё несколько лет назад большая часть добытого экспортировалась в другие страны, сейчас страна постепенно отказывается от использования нефти, в связи с чем растёт спрос на уголь для внутреннего потребления.
Россия обладает 1/3 мировых запасов угля, при этом изведаны ещё не все земли страны.
Германия, Польша и Казахстан постепенно снижают объёмы угледобычи из-за неконкурентной стоимости сырья. Большая часть угля предназначена для внутреннего потребления.
Основные места добычи угля в России
Давайте разбираться. Добыча угля в России осуществляется в основном открытым способом. Месторождения по стране разбросаны неравномерно - основная их часть находится в восточной области.
Самыми значимыми месторождениями угля в России являются:
- Кузнецкое (Кузбасс). Считается самым крупным не только в России, но и во всём мире, находится в Западной Сибири. Здесь ведётся добыча коксующегося и каменного угля.
- Канско-Ачинское. Здесь осуществляется добыча Месторождение располагается вдоль Транссибирской магистрали, занимая часть территорий Иркутской и Кемеровской области, Красноярского края.
- Тунгусский угольный бассейн. Представлен бурым и каменным видами угля. Он охватывает часть территории Республики Саха, и Красноярского края.
- Печорский угольный бассейн. На этом месторождении осуществляется добыча Работы ведутся в шахтах, что позволяет добывать высококачественный уголь. Располагается на территориях Республики Коми и Ямало-Ненецкого автономного округа.
- Иркутско-Черемховский угольный бассейн. Находится на территории Верхнего Саяна. Обеспечивает углём только близлежащие предприятия и населённые пункты.
На сегодняшний день ведутся разработки ещё 5 месторождений, способных увеличить ежегодный объём добычи угля в России на 70 млн тонн.
Перспективы угледобывающей промышленности
В мире уже разведана большая часть месторождений угля, с экономической точки зрения, самые перспективные принадлежат 70 странам. Уровень добычи угля стремительно растёт: совершенствуются технологии, модернизируется оборудование. За счёт этого повышается рентабельность отрасли.