Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Московской области
«Университет «Дубна»
ПРОЕКТ
Добыча угля: состояние отрасли и аспекты негативного воздействия на окружающую среду
Сысоева Н.А.
Дубна, 2016
Оглавление
Введение
Глава 1. Сорта угля
Глава 2. Способы добычи угля
2.1 Открытый способ добычи угля
2.2 Закрытый способ добычи
2.3 Нетрадиционные технологии добычи угля
Глава 3. Добыча угля в мире
Глава 4. Текущая ситуация в отрасли
Глава 5. Экологические проблемы при добычи угля
Заключение
Список литературы
Введение
Уголь является наиболее востребованным полезным ископаемым. В начале 20 века добыча угля получило широкое распространение и по сей день продолжает относиться к одним из самых прибыльных видов добычи залежей полезных ископаемых. Уголь добывают в промышленных масштабах по всему миру. Сравнительно недавно уголь был наиболее востребованным энергоносителем. С появлением и развитием добычи новых энергоносителей, таких как нефть и газ, значение угля стало уменьшаться.
Глава 1. Сорта угля
Общие запасы угля на планете оцениваются в 860 млрд. тонн. По прогнозам ученых человечеству хватит их на 200 лет. Это солидный срок, учитывая, что запасы нефти и газа должны истощиться гораздо раньше. Но уголь подразделяется на различные марки, ценность которых сильно отличается. Цена угля зависит от его качества, глубины залегания и транспортировки. По области применения все марки можно разделить на две большие группы. [14]
К ним относятся марки А (антрацит), Т (тощие), ДГ (длиннопламенные), Б (бурые) и СС (слабоспекающиеся). Чаще всего они используются в качестве топлива для теплоэлектростанций (ТЭЦ). [6]
Бурый уголь лежит на глубине до 2 км. Запасы бурого угля составляют более 50% от общего количества доказанных запасов, но его ценность, по сравнению с другими марками, невелика. В буром угле содержится большое количество воды, а содержание углеводородов в нем невелико. Поэтому эта марка применяется лишь в качестве топлива для малых котельных. На ТЭС бурый уголь используется лишь в составе смеси с более качественными марками. [6] На глубине в 3-4 км залегает каменный уголь, который имеет среднюю теплотворную способность и среднюю цену. Пласты антрацита, угля высшего качества, обычно залегают на еще большей глубине. Добыча антрацита самая трудная, но и его цена самая высокая. [14] Он отличается высокой теплоэффективностью и быстро сгорает, практически не выделяя дыма. Применяется в очистительных сооружения, котельных, при производстве карбида, кремния, в алюминиевой промышленности.
Коксующиеся
К ним относятся марки Г (газовые), К (коксовые), Ж (жирные) и ОС (отощенноспекающиеся). Они применяются преимущественно в металлургии для выплавки металлов и железной руды. [6]
Глава 2. Способы добычи угля
2.1 Открытый способ добычи угля
Открытый способ используется при глубине залежей до 100 метров. При таком способе добычи снимается верхний слой почвы, который называется вскрыша. Вскрышевание в зависимости от рельефа и почвы осуществляют скриперами, бульдозерами, роторными экскаваторами, драглайнами. [11]
Далее производят дробление породы при помощи экскаваторов, дробилок, водяных пушек, бульдозеров, драглайнов, иногда приходится применять буровзрывную отбойку угля. Такой способ добычи охватывает значительную по площади территорию.
Преимущества добычи угля открытым способом: скорость добычи, экономичность, относительная безопасность. Недостатки: ощутимый вред окружающей среде и уголь, добытый таким способом, содержит много примесей. [11]
2.2 Закрытый способ добычи
Такой способ применяется при большой глубине залегания пластов угля. На равнинной местности до места залегания угля прокладывают вертикальные или горизонтальные стволы, и формируется шахта. Шахты классифицируют в зависимости от объема добываемого ископаемого. А именно, самые мелкие шахты добывают 300-600 тысяч тонн за год, средние - от 900 тысяч до 1, 5 миллионов тонн, крупные - от 2 миллион тонн за год. Кроме того, существуют шахты-гиганты, которые за год могут выработать больше 10 миллионов тонн угля. [16] В горной местности вскрывающей выработкой является штольня. Штольни представляют собой пологие наклонные скважины, по которым уголь поднимают на поверхность земли. Штольни используют при неглубоком нахождении угольного пласта небольшой толщины. В этом случае обустройство карьеров будет экономически невыгодным, а способ штолен позволяет быстро выработать пласт и уйти на новое место залегания. [12]
Подземным способом могут производиться с помощью лав или камерно-столбовым способом. Лавы - это длинные забои. В шахте может быть от одного до нескольких забоев. В забоях уголь рубят при помощи выемочного комбайна. Для отправки на поверхность этот же комбайн грузит уголь на конвейер. При такой добыче добывается почти весь угол из пласта. При камерно-столбовом способе используют столбы и горизонтальные проходы между ними. Этот метод применяют при неглубоком залегании угля. [12] Способы добычи угля подземным способом включают в себя зарубку угля при помощи выемочного комбайна, врубовых машин или гидравлическим способом. При гидравлическом способе используется энергия струи воды, которая своим напором дробит уголь, смывает его и доставляет, проходя по выработкам в специальную камеру. Также используют взрывчатые вещества.
Сейчас внедряют комплексную автоматизацию добычи с применением механизированных крепей, угольных комбайнов и металлических щитов. Разрабатывается дистанционное управление всем добывающим оборудованием. Преимущества: уголь добывается высокого качества, меньше вреда окружающей среде. Недостатки: наиболее опасный способ добычи, существенные финансовые вложения. [13]
2.3 Нетрадиционные технологии добычи угля
Гидравлический способ. К основным преимуществам гидротехнологии относятся: быстрая адаптация очистной выемки к изменению горно-геологических условий залегания пласта; отсутствие людей в очистном забое; поточность и малооперационность; существенное повышение безопасности технологии по сравнению с механическим способом добычи, за счет увлажнения угольного массива и воздуха в забое. Поэтому данная технология, как показывает современный опыт, также наиболее эффективна при отработке крутых пластов угля. [4] 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. [17]
Подземная газификация представляет собой физико-химический процесс превращения угля в горючий газ с помощью свободного или связанного кислорода, непосредственно в недрах земли. Подготовка газогенератора осуществляется посредством бурения сети скважин, одни из которых служат для подачи дутья, а другие - для выдачи выработанного подземной газификацией газа. Полученный газ пригоден для использования в энергетических и технологических целях. Эта технология может стать одной из наиболее эффективной и экологически чистой для отработки крутых и крутонаклонных пластов мощностью более 2 м. Однако на сегодня она имеет ряд недостатков: высокие потери (около 58% в энергетическом эквиваленте); низкая теплота сгорания получаемого газа (3.0-5.0 МДж/м3); трудности управления процессом горения. [1]
Перспективной также представляется и комбинация различных технологий для обеспечения полноты и эффективности выемки запасов углей. Суть комбинации заключается в том, что часть запасов отрабатывается, например, высокопроизводительными длинными очистными забоями, а участки, не подходящие для добычи по этой технологии (в целиках, между крупными геологическими нарушениями, участки неправильной формы и т.д.), отрабатывают альтернативными технологиями. [5]
Глава 3. Добыча угля в мире
Во всем мире только в 70 странах зафиксированы значительные месторождения каменного угля Из 860 млрд.т мировых угольных запасов, 800 млрд.т находятся на территории 10 государств (рис.1). [9] Первые места по разведанным запасам занимают США, Россия и Китай. [6] Значительными залежами этого сырья обладают Австралия,
Индия, Германия, Украина, Казахстан, ЮАР и Сербия (рис.2). [3]
Рисунок 1. Разведанные запасы угля
Рисунок 2. Добыча угля по странам в 2014 году, млн.т.
30 стран имеют высокие показатели экспорта угля. В прошлом году добыча угля в мире составляла около 7 млрд. т. (рис.3). [9] При этом 75% от общего объема дали четыре страны лидеры по добыче угля. Динамика за последние десять лет показывает неуклонный рост производства в Китае и Индии. Постепенно снижаются объемы у США и России. Главными экспортерами угля являются Индия(421,7 млн.тонн в год),Австралия (332,3 млн.т).[9]
Рисунок 3. Экспорт и импорт угля на 2014 г., в млн. т. КНР
Список стран по добыче угля возглавляет КНР. По подсчетам на территории КНР находятся более 781 млрд.т углей, из которых лишь часть на сегодня разведанная(114,5 млрд.т). 97% запасов - каменные угли. Месторождения сосредоточены в крупнейшем Шаньсинском угольном бассейне. Коксующийся тип размещается в бассейне Великой Китайской равнины, Янцзы, Ганьцзян, Датун, Хэган-Шуанъяшань.
90% добываемых углей уходит в энергетическую промышленность. Этого хватит для добычи на протяжении 70 последующих лет. [15]
Все добытое сырье оставляется для внутреннего потребления. Поэтому объемы добычи будут постепенно сокращаться. Снижение доли экспорта объясняется неконкурентными ценами.
Несмотря на значительные объемы добычи, КНР является основным импортером угля. На долю страны приходится 44,2%. Такой объем потребления объясняется большим количеством электростанций, основным видом топлива которых является уголь. Страна покупает сырье у Австралии. В последние два года развиваются экспортно-импортные отношения с Монголией. [9] уголь запас бассейн горнорудный
США
Соединенные Штаты Америки(237,3 млрд. т.) имеют внушительные запасы всех видов угля, которых хватит более чем на 300 лет вперед.
Залежи каменного и бурого угля находятся на Западе США и в Аппалачском бассейне.
Более 85% всех запасов угля Соединенных Штатов сосредоточено в 7 направлениях: Кентукки, Иллинойс, Вайоминг, Пенсильвания, Колорадо, Алабама, Техас. Среди разнообразных видов сырья преобладает каменный уголь. Его месторождения раскиданы по стране более или менее равномерно: 41 штат из 49 континентальных имеет залежи каменного угля. Северная Дакота располагает 70% всех бурых углей страны, а
Пенсильвания - 95% антрацитов. [15]
В 2015 году наблюдалось резкое снижение объемов добычи. Это связано в первую очередь со снижением спроса на внутреннем рынке. Электростанции, использующие уголь в качестве топлива, постепенно становятся нерентабельными и не могут конкурировать с теми, которые используют газ. Америка располагает самыми крупными месторождениями сланцевого газа. При активной их разработке вся угольная промышленность может оказаться менее востребованной. Открытые месторождения уже практически выработаны. А подземные - дорогие в обслуживании и требуют значительных инвестиций в капитальный ремонт. Проведение модернизации еще больше повысит себестоимость продукции, что повлечет за собой удорожание электроэнергии, производимой электростанциями. [9]
Индия
На территории Индии (60,6 млрд. т.) сосредоточены 9% мировых запасов, которых хватит по предварительным расчетам на 230 лет добычи. Более 70 месторождений раскидано по стране, наиболее важные находятся в северо-восточной части.
Добываемый уголь характеризуется крайне низким качеством. Большинство добытого топлива идет на нужды электроэнергетики. Оставшийся уголь используется в металлургии, цементной и транспортной промышленностях, в быту. [15]
Индия с каждым годом наращивает объемы добычи угля (649,6 млн. т). Такое стремительное наращивания объемов обусловлено сильной импортной зависимостью. В предыдущие годы Индия была лидером по объемам закупок угольного сырья. Состояние отрасли оставляет желать лучшего: множественные случаи гибели шахтеров, которые добывают уголь кустарным способом. В развитых странах уже давно отказались от такой добычи, но в Индии она прогрессирует еще и за счет наплыва шахтеров из близлежащего Непала и Бангладеша. [9]
Австралия
Австралия (76,4 млрд. т.) имеет внушительные запасы угля, которого хватит для разработки на 240 лет. Наибольшее количество каменных углей располагается на Востоке материка. Имеются крупные ресурсы коксующихся углей высочайшего качества. Залежи в основном сосредоточены в штатах Новый Южный Уэльс и Квинсленд. Запасы бурого угля размещены на юго-востоке страны. Самые старые шахты находятся близ города Ньюкасл. Они разрабатываются с 1800 года. Новые шахты появляются как грибы после дождя. На них приходится 50% добычи угля в этом штате. После истощения месторождений процесс угледобычи сдвигается в новые районы, где применяются современные технологии и техника.
Более 80% угля идет на обслуживание электроэнергетики. Это вдвое больше мирового показателя. Местные ТЭС отличаются высокой экологичностью. [15]