Как добывают уголь: открытый и подземный способы от разведки до отгрузки

Уголь добывают открытым способом, когда пласт залегает неглубоко (обычно до 100–150 метров), и подземным, когда порода лежит глубже. При открытой добыче вскрышные породы снимают экскаваторами и самосвалами, обнажая угольный пласт. При подземной прокладывают систему горных выработок, а уголь взрывают или режут комбайнами. В России преобладает открытая добыча: она дешевле и безопаснее, хотя требует больших площадей и рекультивации земель.

Как находят угольные месторождения

Разведка начинается с геологических съёмок и изучения архивных данных. На перспективных участках бурят разведочные скважины глубиной от 50 до 1500 метров. Образцы керна анализируют в лаборатории: определяют мощность пласта, зольность, теплотворность и марку угля. По результатам строят геологические разрезы и подсчитывают запасы. Только после постановки запасов на государственный баланс и получения лицензии начинается проектирование добычи.

Угольные бассейны России сосредоточены в Кузбассе (более 60% всей добычи), Красноярском крае (Канско-Ачинский бассейн), Республике Саха (Якутия) и Ростовской области (Донбасс). Глубина залегания пластов варьируется от нескольких метров в кузбасских разрезах до 1200 метров на шахтах Воркуты.

Открытая добыча: разрезы и карьеры

Открытая разработка начинается со вскрышных работ: бульдозеры и экскаваторы снимают почвенный слой, который складируют отдельно для последующей рекультивации. Затем экскаваторы-драглайны с ковшом объёмом 20–80 кубометров или роторные экскаваторы производительностью до 5000 кубометров в час срезают вскрышную породу и перемещают её в отвалы.

Угольный пласт взрывают, если он твёрдый: бурят скважины диаметром 200–300 мм, закладывают взрывчатое вещество и подрывают. Взорванный уголь черпают экскаваторами в автосамосвалы грузоподъёмностью 130–450 тонн. Самосвалы везут уголь на угольный склад или к железнодорожным путям. Некоторые крупные разрезы используют конвейерный транспорт протяжённостью несколько километров — он дешевле самосвалов при больших расстояниях.

Глубина разреза нарастает с годами. Разрез проходят ступенями-уступами высотой 10–15 метров. Чем глубже, тем дороже вынос породы и тем труднее конкурировать с подземной добычей. Большинство действующих разрезов России имеют глубину 100–300 метров; самые глубокие достигают 500–600 метров.

Подземная добыча: шахты и горные выработки

Подземная добыча начинается с проходки вскрывающих выработок: стволов (вертикальных шахт диаметром 5–9 метров) или штолен (горизонтальных входов в склоне горы). Ствол проходят с поверхности до рабочего горизонта буровзрывным способом или с помощью проходческих комплексов. Это занимает 2–5 лет и стоит миллиарды рублей.

От основных стволов прокладывают горизонтальные выработки — штреки и квершлаги, образующие транспортную сеть шахты. Непосредственно уголь добывают в очистных забоях. Современный очистной механизированный комплекс состоит из комбайна-шнека, который фрезерует угольный пласт, скребкового конвейера и секций механической крепи. Крепь автоматически передвигается вслед за комбайном и поддерживает кровлю, не давая ей обрушиться.

Комбайн в одну смену вынимает 1000–3000 тонн угля при длине лавы 200–350 метров. Уголь по конвейерам доставляется к стволу и поднимается клетями или скипами на поверхность.

Главные опасности подземной добычи: метан (взрывоопасный газ, выделяющийся из угля), угольная пыль (тоже взрывоопасна и вызывает профессиональные болезни), обрушение кровли и внезапные выбросы угля и газа. На газоопасных шахтах непрерывно работает система дегазации: скважины откачивают метан до начала горных работ.

Обогащение и подготовка к отгрузке

Добытый уголь-рядовой содержит до 30–40% пустой породы. На обогатительных фабриках его дробят, промывают водой и разделяют по плотности: уголь легче породы и всплывает в тяжёлой суспензии. Зольность концентрата снижается с 25–35% до 5–10%, теплотворность возрастает с 4500 до 7000 ккал/кг. Обогащённый уголь грузят в железнодорожные вагоны-думпкары грузоподъёмностью 70–100 тонн для отправки потребителям.

Морские угольные терминалы на Дальнем Востоке (Ванино, Находка, Восточный) переваливают десятки миллионов тонн угля в год. Балкеры дедвейтом 80 000–200 000 тонн принимают груз с конвейерных погрузчиков производительностью 4 000–7 000 тонн в час.