Размещено на http://www.allbest.ru/

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]

Австралия добывает 463,7 млн.т угля в год. При этом большая часть уходит на экспорт в страны Юго-Восточной Азии (332,3 млн. т). Но ввиду стремительного увеличения объема производства в Индии, спрос на австралийское сырье снижается. [9]

Германия

Запасы каменного угля в Германии (40,7 млрд. т.) сосредоточены на территории федеральных земель Северный Рейн-Вестфалия и Саар. Месторождения бурого угля находятся в Саксонии, Бранденбурге, а также Северной Рейн-Вестфалии. Немецкий уголь отличается высоким качеством. Он полностью покрывает нужды страны и активно экспортируется. Но на сегодня угольная промышленность является нерентабельной. Она существует за счет дотаций государства. [9]

Украина

В Украине (33,9 млрд. т.) находятся 4% мировых запасов угля. Такого количества хватит для того, чтобы добывать уголь на протяжении 400 лет.

Залежи каменного угля сосредоточены в Донецком и Львовско-Волынском бассейнах, бурого - в Днепровском. При этом запасы каменного угля распределены неравномерно: 98% находятся в Донецком бассейне и лишь 2% во Львовско-Волынском. Крупнейший угольный бассейн включает 300 работающих шахт. Здесь добывают и антрацит, и коксующийся, и газовый уголь. [9]

Глава 4. Основные районы добычи угля в России

РФ имеет 157 млрд.т угля, но большая часть территории Сибири и Дальнего Востока недостаточно разведана. 70% запасов углей являются высокотехнологичными, то есть способны эффективно использоваться в промышленности, составляя конкуренцию газу.

Ученые говорят о том, что Россия имеет 4 трлн. тонн общих запасов угля, то есть треть мировых запасов. Известно, что месторождений бурого топлива намного больше, чем каменного угля. [15]

Распределение залежей по территории страны имеет крайне неравномерный характер: более 60% запасов ископаемых приходится на восточные районы добычи угля в России. Основная часть сосредоточена в Ленском и Тунгусском угольных бассейнах. По промышленным запасам лидируют Кузнецкое и Канско-Ачинское месторождения. [11] В России используется преимущественно открытый способ добычи (рис.4). [19]

Рисунок 4. Добыча угля в угольных бассейнах РФ, % от общего числа

Кузнецкое месторождение, иначе Кузбасс, - самый крупный угольный бассейн в России, и крупнейший в мире. Здесь сосредоточены крупнейшие залежи высокосортного каменного угля, в том числе коксующегося. Он расположен в Западной Сибири в неглубокой межгорной котловине. Крупная часть бассейна принадлежит землям Кемеровской области. Значительным минусом является географическая удаленность от основных потребителей топлива - Камчатки, Сахалина, центральных регионов страны. Здесь добывается 56 % каменного и около 80 % коксующегося угля, приблизительно 200 млн. тонн в год. Тип добычи открытый. [10]

Канско-Ачинский угольный бассейн раскинулся вдоль Транссибирской магистрали по территории Красноярского края, Кемеровской и Иркутской области. 12 % всего российского бурого угля принадлежит этому бассейну, в 2012 году его количество составило 42 млн. тонн. Здешний уголь является самым дешевым в связи с его добычей открытым способом, имеет низкую транспортабельность и используется для обеспечения энергией местных предприятий.

Тунгусский угольный бассейн - один из самых крупных и перспективных бассейнов России, занимает территории Якутии, Красноярского края и Иркутской области (это больше половины Восточной Сибири). Здешние запасы угля составляют около 2345 млрд. тонн. Здесь залегают каменный и бурый уголь, малое количество антрацитов. В настоящее время работы в бассейне ведутся слабо (из-за плохой изученности месторождения и сурового климата). За год в Тунгусском угольном бассейне подземным способом добывается около 35,3 млн. тонн ископаемого. [10]

Печорский бассейн находится на западном склоне кряжа Пай-Хой, является частью

Ненецкого автономного округа и Республики Коми. Основные месторождения - Воркутинское, Воргашорское, Интинское. Залежи большей частью представлены коксующимся углем высокого качества, обусловленного добычей исключительно шахтным способом. В год добывается 12,6 млн тонн угля, что составляет 4 % от общего объема. Потребители печорского твердого топлива - предприятия северо-европейской части России, в частности Череповецкий металлургический завод.

Иркутско-Черемховский бассейн тянется вдоль Верхнего Саяна от Нижнеудинска до озера Байкал, разделяется на Прибайкальскую и Присаянскую ветви. Объем добычи - 3,4 %, способ добычи открытый. Месторождение удалено от крупных потребителей, доставка затруднена, поэтому местный уголь используется в основном на иркутских предприятиях. Запас - около 7,5 млрд. тонн угля. [10]

В последних прогнозах Кузбасс по приростам добычи уже теряет безоговорочное лидерство. В Канско-Ачинском бассейне намечается лишь незначительное развитие, без строительства новых гигантских разрезов. Наиболее же передовыми, имеющими значительный масштаб и заметный уровень важности, называются 5 крупных проектов развития угольной отрасли на Востоке страны в Республике Тыва, Республике Саха (Якутия) и Забайкальском крае, которые будут реализовываться в перспективе до 2020 г. и в целом по объему добычи дадут более 70 млн..т угля в год. [2]

Глава 4. Текущая ситуация в отрасли

В РФ добыча угля по итогам 2015 г. составила 373,4 млн. т. Спрос на угольную продукцию на внутреннем рынке с учетом импортных поставок в 2015 г. увеличился до 197,5 млн. т., в том числе российского угля - до 174,6 млн. т. Отгрузка на экспорт снизилась до 151,4 млн. т, что меньше объемов 2014 г. А в ближнее зарубежье снизились до 11,7 млн. т. Коксующегося угля завезено 763,4 тыс. т.(рис.5). [7]

Рисунок 5. Объемы добычи угля в РФ за период 2006-2015, в млн.т.

По состоянию на 01.01.2016 г., добычу угля в Российской Федерации осуществляли 192 угольных предприятия, в т.ч. 71 угольная шахта и 121 разрез.

Увеличение добычи угля произошло в Северо-Западном (+1463,3 тыс. т, +11,1% к 2014 г.), Сибирском (+8157,4 тыс. т, +2,7%) и Дальневосточном (+6165,7 тыс. т, +18,1%) федеральных округах. Снижение отмечено в Центральном (-14,4 тыс. т, -4,8%), Приволжском (-341,2 тыс. т, -61,1%) и Уральском (-415,4 тыс. т, -27,9%) федеральных округах. Основная доля в добыче угля по Российской Федерации принадлежит Сибирскому федеральному округу (83,5% от общего объема добычи угля в России). В основным угольном бассейне России - Кузбассе добыча угля составила 215,6 млн. т (+1,9% к 2014 году). В Канско-Ачинском 38,2 тыс. т (+5,7% к 2014 году). [8]

Глава 5. Экологические проблемы при добычи угля

На предприятиях угольной отрасли можно выделить сотни различных факторов экологического риска, такие как: загрязняющие вещества, их объем и степень опасности; технология производства; уровень подготовки персонала; степень износа природоохранного оборудования; наличие в пределах территории предприятия населения; виды, частота и сила природных катастроф в пределах территории предприятия и другое. [18]

В первую очередь это негативное воздействием горных работ на природу, особенно при открытой добыче угля. Более половины угольных шахт России считаются взрывоопасными (за счет газа и угольной пыли), в них также присутствует риск самовозгорания угля. При подземных горных работах существует опасность оседания земной поверхности, которую возможно предотвратить. При проведении выемки угля, следует заполнять выработки пустой горной породой или другими материалами. [18]

При угледобыче должны выполняться горнорудные требования и нормативы по технике безопасности, при их несоблюдении возможны очень опасные последствия: при добыче угля происходят изменения ландшафтов; оседание земной поверхности, нарушение почвенного покрова, в связи с этим развиваются эрозии; загрязнение воздуха и воды; выбросы метана в результате добычи угля; подземные пожары; загорания в отвалах; оползни неустойчивых откосов; загрязнение и отравление водосборных бассейнов кислотными водами, или содержащими металлы и твердые вещества; отторжение земельных участков, задействованных для хранения твердых отходов в результате добычи, обогащения и использования угля; загрязнение атмосферы высокодисперсными зольными частицами, токсичными микроэлементами, их соединениями, которые образуются в ходе термообработки угля; неблагоприятное влияние токсических веществ, которые образуются в ходе различных физико-химических процессов в шахтах. [18]

Загрязнение окружающей среды влечет за собой изменение экологических параметров, которые происходят медленно и имеют эффект накопления. Лишь через несколько десятилетий проявятся неблагоприятные последствия, которые отразятся на природе и здоровье человека.

Однако, уже сегодня во многих районах, где активно ведется угледобыча, все негативное влияние отражается на местном населении: уменьшение продолжительности жизни; увеличение уровня врожденных аномалий; повышение онкологических, нервных и профессиональных заболеваний; отмечается уязвимость населения к воздействию окружающей среды. [18]

Заключение

Угольные месторождения найдены почти во всех странах, но рентабельные месторождения угля имеют 70 стран. Учитывая современные темпы добычи угля и постоянно совершенствующиеся технологии добычи, разведанные запасы угля рискуют быть уничтоженными за полтора столетия. Уголь является для России стратегически важным сырьем, как для использования в собственной промышленности, так и во внешнеторговых отношениях. Добыча угля растет, в последние годы растет рентабельность отрасли, в первую очередь за счет освоения технологий открытой добычи.

Список литературы

1. Маркова В.М., Чурашев В.Н. Угольные проекты Востока России: возможности реализации и региональный эффект // Интерэкспо Гео-Сибирь. 2012.

2. Федаш А.В. Технологии скважинной гидравлической добычи угля и твердых полезных ископаемых // ГИАБ. 2003.

3. Шаклеин С.В., Писаренко М.В. Нетрадиционные технологии добычи угля - основа интенсивного освоения минерально-сырьевой базы Кузбасса// Горная Промышленность.№4 (92), 2010.

Размещено на Allbest.ru