煤炭是如何从地下挖出来的?
煤炭从地下挖出来,一个方法是煤炭是从地面向下挖竖井,把煤炭开采出来,然后再运到井上;另一个方法是从地面比较大面积的挖开,成为露天煤矿,然后把煤挖出来,这是浅层的煤矿挖煤的方法。
煤炭利用与开采技术
是一种黑色、像岩石的物质。在距今3亿年前的古生代石炭纪,气候潮湿温和,大量植物腐败分解沉落于沼泽,形成泥煤,随着时间、压力、温度、地层变迁及地球变化的影响,形成煤。煤有三种主要类型:褐煤、烟煤、无烟煤。除了木材以外,煤是人类最古老的燃料。
我国西汉已经正式用煤炼铁,河南等地的煤田已经开始开采。对采煤技术有较详细记载的书是《天工开物》。书中曾说:“凡取煤经久者,从土面能辨有无之色。然后挖掘。深至五丈许,方始得煤。初见煤端时,毒气灼人。有将巨竹凿去中节,尖锐其末,插入炭中,其毒烟从竹中透上,人从其下施攫拾取者。或一井而下,炭纵横广有,则随其左右阔取。其上支板以防压崩耳”。可见我国自古已有了较科学的掘井采煤与排除煤层中瓦斯的技术。
煤的开采有两种主要方法:露天开采和地下开采。在煤层接近地表的.地方,可用剥离覆盖层的方法,露天开采。露天煤矿可用大型机械开采,产量高、成本低。煤层埋藏较深的地方只有用地下开采法,传统的地下开采有三种方法:竖井开采、斜井和横井开采。
人工挖掘采煤方式已经落后,现在地下开采大多使用机械。传统的开采法是将开采坑道支撑起来,然后挖掘、钻孔、爆破、装载,最后将煤运到地上。还有一种连续开采法,是用机械不断地挖掘和钻孔,再用其它机械将煤输出坑道。这种方式每分种大约可生产12吨煤。
采出的煤还要经过品质分析、分选大小、清洗、破碎等过程。煤的处理方式根据用途而定。
在20世纪初,英国领导着全世界的采煤业。1913年,英国煤的年产量达l亿吨之多。随后,德国、波兰也跟了上来。第二次世界大战后,美国开始大量输出廉价煤。但随着石油的大量开采,煤发日渐被取而代之。但70年代由于出现了中东石油危机,煤又重新引起人们的注意。今天在世界上所使用伪能源有三分之一是从煤而来。目前,全世界煤藏量仍很丰富,若以现代化的方法开采,这种既可靠又经济的能源可供应世界能源需求的一半以上。许多国家在研究提高煤的利用技术,其中把煤进行气化和液化是发展现代煤炭利用技术的重点。
北美最大的地底采矿区,每年出产超过两千万吨煤炭。在这个庞大的矿区里,每天都有200多名矿工在地理作业。为了确保矿场的24小时持续运作,他们分白班和夜班,白班工作八小时后进行交班,晚班人员进入升降机前往200米深的地底。他们抵达矿井底部后,还需要坐上矿坑小火车,行驶八公里的路程才能到达采矿区。半小时后,矿工们抵达煤层开采区,就可以开始进行采煤作业。
第一、首先是用这部大型连续采煤机,靠着一个五米长的切割滚筒专用煤层开挖出长长的矿坑通道。采煤机每次往前开挖几米就必须要暂停,然后用气动支撑气撑住坑底。挖矿还会产生高爆性的煤尘,它会附着在刚挖开的岩石表面只要一点火星就会引起爆炸,为了降煤尘封住,矿工会不停的在岩壁上喷洒盐粉,同时还要避免高爆性的沼气浓度过高,如果没有及时排除沼气,也会有可能发生爆炸。
第二、接着就是轮到这不长壁式采煤机来踩没了,它的切削刃长达三米,每分钟能从煤层消夏50吨煤矿,这相当于每秒开采一吨的煤,足以供应一个普通家庭近三个月的用电量。而这个四米高的煤层蕴藏了300万吨的煤矿。但煤矿开采是个危险的工作,最大的危险来自坑顶与支架,他们很不稳定,矿工们需要随时留意,确保不会被掉落的东西砸到。机器用超大的液压挡板来防止矿顶坍塌,每次机器前进,挡板也会跟着移动。接下来这些混合岩石的煤矿通过输送带被快速送至地面上的选煤厂来除去煤矿中的岩石、泥土以及杂志,这部分占了原物料的30%,每天输送带会送来10万吨的煤矿,他们被直接送进选煤厂,为了确保能顺利处理这些煤矿。
第三、首先用水清洗掉煤矿上的泥土,再移到大小进行分级。为了分离煤炭和石头,接着将物料倒进大型浮选槽。由于石头比煤炭中,石头会沉到水底,而煤炭则会浮在表面,此时煤炭都是湿漉漉的,所以需要把它们倒入脱水机中。这个工业脱水机高速旋转煤炭,直到列出掉多余的水分为止。这些水会流入一个大水槽,再过滤掉杂质后会当做泥浆废液排放。然后,工厂会把不同尺寸的煤炭重新放在一起,将它们压碎成相近的大小后,再倒入大型储煤斗。接着运煤火车会停在储煤斗下方,空管工人开启槽管,让下面每一个车厢都装满六吨的煤炭。满载的运煤火车可以将1万多吨煤炭运送至北美各地的发电站。采煤一直以来是全球最危险的工作之一,矿工们必须冒着弟弟坑道塌方、爆炸以及毒气的风险才能挖出这一宝贵资源。虽然如今采矿比以往安全,但仍具有相当大的危险性。
1、露天开采。当矿层接近地表时,使用露天开采的方式较为经济。矿层上方的土称为表土。在尚未开发的表土带中埋设炸药,接着使用挖泥机、挖土机、卡车等设备移除表土。这些表土则被填入之前已开采的矿坑中。表土移除后,矿层将会暴露出来;这时将矿块钻碎或炸碎,使用卡车将矿砂运往选煤厂做进一步处理。当矿石开采完毕,在隔壁重复同样的步骤。露天开采的方式可比地下开采的方式获得较大比率的煤矿,因为较多的矿层被利用。世界上大概有40%的煤矿采用这种开采方式。
2、地下开采。大部分矿层均远离地表,因此无法使用露天开采的方式。地下开采目前占世界煤矿生产的60%。在矿坑,通常使用房柱法在矿层中推进,梁柱用来支持矿坑。共有四种主要的地下开采法:
长壁开采–长约300米以上的采掘面。一台精密的采矿机在矿层隧道中前后移动。松动的矿石掉入输送带中,并移到工作区域。
连续开采–利用一台有碳化钨钻头的机器从矿层中刮下煤矿。在"房柱法"系统中操作–在一系列约10米的房间区域中工作。
爆破开采–传统的开采方式。使用炸药打碎矿层,将矿石收集放在矿车或运输带中。
短壁开采–使用连续开采的机器。类似长壁开采有着可移动的坑顶支撑。
采煤方法种类很多,世界主要产煤国家使用的采煤方法,总的划分为壁式和柱式两大类。这两种不同类型的采煤方法,无论从采煤系统,还是回采工艺都有很大的区别。
根据不同的矿山地质及技术条件,可有不同的采煤系统与采煤工艺相配合,从而构成多种多样的采煤方法。如在不同的地质及技术条件下,可以采用长壁采煤法、柱式采煤法或其他采煤法,而长壁与柱式采煤法在采煤系统与采煤工艺方面差别很大。由此可以认为:采煤方法就是采煤工艺和回采巷道布置两部分走成。 1、走向长壁采煤法,长壁工作面沿走向推进的采煤方法。
2、倾斜长壁采煤法,长壁工作面沿倾斜推进的采煤方法。
3、倾斜分层采煤法,厚煤层沿倾斜面划分分层的采煤方法。
4、长壁放顶煤采煤法,开采6米以上缓斜后缓斜厚煤层时,先采出煤层底部长壁工作面的煤,随即放采上部顶煤的采煤方法。
5、掩护支架采煤法。在急斜煤层,沿走向布置采煤工作面,用掩护支架将采空区和工作空间隔开,向俯斜推进的采煤方法。
6、伪倾斜柔性掩护支架采煤法。在急斜煤层中,伪倾斜布置采煤工作面,用柔性掩护支架将采空区和工作空间隔开沿走向推进的采煤方法。
7、倒台阶采煤方法。在急斜煤层的阶段或区段内,布置下部超前的台阶形工作面,并沿走向推进的采煤方法。
8、正台阶采煤法。在急斜煤层的阶段或区段内,沿伪斜方向布置成上部超前的台阶形工作面,并沿走向推进的采煤方法。
9、水平分层采煤法。急斜厚煤层沿水平面划分分层的采煤方法。
10、斜切分层采煤法。急斜厚煤层中沿与水平面成25度至30度的斜面划分分层的采煤方法。
11、房柱式采煤法沿巷道每隔一定距离先采煤房直至边界,再后退采出煤房之间煤柱的采煤方法。
12、房式采煤法。沿巷道每隔一定距离开采煤房,在煤房之间保留煤柱以支撑顶板的采煤方法。
13、仓储采煤法。急斜煤层中将落采的煤 暂存于已采空间中,待仓房内的煤体采完后,再依次放出存煤的采煤方法。
根据煤炭资源赋存情况,传统的煤矿开采方法分为露天开采和井工开采(地下开采)。[2]露天煤矿煤层的地表覆盖层较浅,挖开地表层即可进行采煤,危险系数较低。井工煤矿煤层埋藏较深,必须掘进到地层中进行采煤,地下作业,危险系数高。
虽然从政策上看,我国从第一个五年计划开始,就一直非常重视优先发展露天采煤,并将其作为国家的一项技术政策,但我国采煤仍以矿井开采为主,露天采煤发展缓慢。建国以来,露天采煤产量比重一直在10%以下,多数年份在5%以下。而世界上开采条件好的国家,露天开采比重已达50%以上。
露天开采的极限深度,在理论上常用境界剥采比大于经济合理剥采比的原则来确定。但经济合理剥采比是一个随矿产品价格变动的因数。现代科研设计和生产一般采用浮动圆锥法等方法,根据矿产品市场价格确定露天开采极限深度,并随时修改。露天转地下开采矿山,露天开采的极限深度不能用原先单一采用露天开采的方式进行计算和确定,应按露天开采和地下开采每吨矿石时,生产成本相等的原则确定较为合理,此时露天开采的极限深度就与单一采用露天开采的矿山不同。另外,现代社会对土地、环境保护、安全生产等的要求已经成为开采方式选择、确定露天转地下矿山露天开采深度的重要因数。