6. Технологическая цепочка угольной отрасли

Угольная отрасль входит в число отраслей горного комплекса и в технологическом отношении не имеет принципиальных отличий от отраслей по добыче руд металлов и других полезных ископаемых.

Добыче угля предшествуют разведочные работы, которые делятся на поисковые, предварительные, детальные и эксплутационные.

В ходе поисковой разведки изучается геология района, определяются масштабы месторождения и анализируется качество углей. Под месторождением понимается скопление угля или другого полезного ископаемого в более или менее больших количествах, приуроченных к определенным площадям.

Предварительная разведка выясняет форму залегания угля и площадь распространения, в том числе глубину, направление распространения, толщину пластов, характеристики покрывающих пород.

Задачей детальной разведки является окончательное установление величины запасов, распределение по участкам и уточнение условий залегания.

По результатам проведенных геолого-разведочных работ устанавливаются размеры балансовых запасов и проводится их классификация по группам А, В или С.

В ходе эксплутационной разведки разрабатывается проект сооружения шахты или определяются площадь и глубина вскрышных работ в зависимости от выбранного способа угледобычи: открытого или подземного. Традиционной технологией добычи каменного угля является подземный, осуществляемый путем сооружения шахт, которые являются самостоятельными предприятиями, ведущими подземную добычу угля. Открытым называют добычу угля с поверхности земли.

Шахта представляет собой комплекс горных выработок, которые являются полостями, образующимися в результате проведения угледобычи. Они различаются по своим размерам и выполняемым функциям: добыче, транспортировке, вентиляции, водоотливу. Самые большие, имеющие выход на поверхность, называют стволами; они бывают вертикальными, наклонными и горизонтальными. Камеры, штольни, штреки и шурфы, которые не выходят на поверхность и имеют небольшое сечение, используются для хранения инструментов и оборудования, разведки состояния горной породы и залежей угля, установки крепления и т.п.

Подземная угледобыча связана с выполнением совокупности технологических процессов, которые можно разделить на две группы: основные и вспомогательные. К первой группе относят: бурение, вруб, отбойку, размыв, обогащение. Ко второй ― транспортировку добытого угля под землей и подъем на поверхность, работы по поддержанию кровли и управлению горным давлением, обеспечение вентиляции и условий безопасной работы.

Взаимосвязанность технологических процессов угледобычи приводит к необходимости системного подхода к совершенствованию всей технологической цепочки: повышение эффективности одного звена инициирует поиск новых инженерных решений в других звеньях. В угольной промышленности очень высок уровень механизации.

Горные машины, применяющиеся в угольной отрасли, различаются по количеству выполняемых функций, например однофункциональные (врубовые, отбойные, гидромониторы) и комбинированные (врубово-отбойные, отбойно-погрузочные и т.п.). Результатом повышения уровня функциональности было создание угольных комбайнов.

Угольный комбайн ― комбинированная машина по одновременному выполнению всех основных операций по добыванию каменного угля в забое шахты и его погрузке. Комбайны делятся на очистные (добычные) и проходческие и используют различные способы отделения угля от породы, погрузки на вагонетку или конвейер, передвижения, крепления забоя и т.д. Многообразие геологических условий угледобычи (разных углов наклона и ширины пластов, плотности породы, степени заводненности и т.д.) обусловило многообразие конструктивных решений при создании угольных комбайнов, применение различных типов двигателей и инструментов. Первые конструкторские разработки горных комбайнов относятся к началу 30-х годов, и СССР был признанным лидером в их создании. Процесс их совершенствования продолжается до настоящего времени и направлен, прежде всего, на автоматизацию процессов добычи и создание комфортных и безопасных условий труда для шахтеров. Экономическая целесообразность внедрения комбайнов обусловлена значительным повышением производительности труда и снижением удельных капитальных вложений в угледобычу.

В 30-х годах в СССР был освоен новый способ добычи угля с поверхности земли ‑ открытый, широкомасштабное применение которого стало возможно в 60-е годы благодаря созданию мощных экскаваторов и автотранспорта большой грузоподъемности. Однако в силу геологических особенностей залегания угольных месторождений в России этот способ можно применять только для добычи бурых углей.

Весь комплекс производственных процессов при открытых работах можно разделить на две основные группы: вскрышные работы ― удаление пустых пород и выемка (добыча) угля. Производство вскрышных и добычных работ включает процессы отбойки, погрузки, транспортировки и разгрузки пустых пород и полезного ископаемого (угля). Разрыхление крепких пород осуществляется с помощью буровзрывных работ. Транспортировка осуществляется не только автотранспортом, но и с использованием гидромеханизации.

Место добычи при открытом способе, т.е. горная выработка, называется угольным карьером или разрезом. Разработка открытыми работами буроугольных месторождений на Урале в 1933 г. начиналась с глубины 60 м, а в настоящее время достигает 300 м.

Основная проблема, возникающая при применении открытого способа добычи, связана с появлением грунтовых вод и образованием водоемов и оползней и т.п. Во многих случаях перед началом добычи угля приходится проводить мелиоративные работы по осушению местности.

Основным техническим показателем рациональности применения открытого способа добычи является количество перемещаемой пустой породы в расчете на 1 т добываемого угля, которое называют коэффициентом вскрыши. Величина этого коэффициента определяется глубиной залегания угольных пластов и запасами угля (масштабами месторождения).

Открытый способ добычи имеет существенные экономические преимущества:

• более низкую себестоимость (в среднем в два раза);

• снижение удельных капвложений в строительство разреза по сравнению с шахтой в 1,5―2 раза и сокращение продолжительности строительства примерно в таких же пропорциях;

• повышение производительности труда благодаря более высокому уровню механизации горных работ.

Кроме того, уровень аварийных ситуаций, связанных с угрозой жизни человека, гораздо ниже их уровня при подземных работах.

Особенно экономически выгодно применение открытого способа в удаленных и малоосвоенных районах, где не требуется больших затрат на восстановление использованных территорий.

Большую роль в повышении рентабельности угольной отрасли играет совершенствование методов обогащения и переработки угля, которое осуществляется на специальных обогатительных фабриках. Наиболее простым и широко применяемым способом обогащения является механическая сортировка по крупности, основанная на принципе естественного образования кусков разной крупности из горных пород разных видов. К методам обогащения относятся коксование и брикетирование. Благодаря этим методам повышаются потребительские свойства угля: энергетическая ценность, сохраняемость, а также снижаются затраты на транспортировку.