Вугілля, як й інші тверді корисні копалини, добувають двома способами: відкритим і підземним.
Видобуток вугілля відкритим способом здійснюють за допомогою глибоких траншей (завглибшки до 150 м і більше), якими прорізають шари породи, що покривають вугільний пласт. Утворюваний в результаті цього кар’єрназивають розрізом. Вугільним кар’єром називають також і самостійне підприємство, що розробляє вугільне родовище відкритим способом.
При підготовці кар’єру насамперед знімають і видаляють породи, що вкривають вугільний пласт. З цією метою застосовують новітні землерийні та транспортувальні машини – екскаватори, у тому числі найбільші роторні безупинної дії, транспортно-відвальні мости й ін. Потім безпосередньо по вугіллю прокладають рейкові шляхи, по яких пересувають опори транспортно-відвального мосту і рухаються ешелони, що вивозять вугілля з кар’єру.
Економічна ефективність відкритої розробки вугілля тим вище, чим нижче коефіцієнт розкривних робіт, тобто чим менше об’єм видаленої покриваючої породи на одиницю видобувного вугілля.
|
|
Найсприятливіші умови для відкритого видобутку мають східні вугільні басейни Росії, на частку яких припадає понад 90 % видобутку вугілля відкритим способом.
Відкритий видобуток дає майже половину вугілля, що добувається в Східному Сибіру і на Далекому Сході, більше половини – на Уралі. Велику кількість вугілля дають кар’єри Карагандинського басейну і Екібастуза в Казахстані. Значні відкриті розробки ведуться у Кансько-Ачинському (Назаровському, Ірша-Бородинському розрізі) та Іркутському басейнах. Найбільші кар’єри дають на рік десятки мільйонів тонн вугілля. У Екібастузі працює вугільний кар’єр потужністю 50 млн тонн.
Можливості для розвитку видобутку вугілля відкритим способом в Україні (м. Олександрія) невеликі, і питома вага відкритого видобутку надалі буде незначною.
Видобуток вугілля відкритим способом має великі переваги. На відкритих розробках гігієнічні умови для робітників кращі, ніж у шахтах (чисте повітря, менше шкідливих газів, природне освітлення вдень і т. ін.). Продуктивність праці на відкритих розробках, завдяки застосуванню надпотужних машин, у шість-сім разів вища, ніж у шахтах, а собівартість тонни вугілля відповідно нижча.
Будівництво вугільних кар’єрів виконують у два-три рази швидше, ніж будівництво шахт, і воно коштує приблизно у 1,5 рази дешевше. Нарешті, втрати вугілля в надрах, неминучі при підземному видобутку, на відкритих розробках майже виключаються.
Підземний спосіб видобутку вугілля, що потребує будівництва шахти, більш трудомісткий, ніж відкритий.
|
|
Вугільне родовище, якщо воно достатньо велике, поділяють на декілька ділянок – шахтних полів. Запаси вугілля кожного шахтного поля, призначеного для будівництва окремої шахти, мають бути достатні для експлуатації протягом 40-50 років.
Будівництво шахти (рис. 3.1) розпочинають із закладання стволів, що покращує її вентиляцію.
Ствол шахти – це звичайно вертикальна, а іноді й похила виробка, що проходить через товщу гірничих порід. В окремих випадках (у гірських районах) замість стволів прокладають штольні – горизонтальні або близькі до горизонтальних виробки, що виконують функції звичайних стволів (розкривання вугільного пласта, зв’язок підземних виробок із поверхнею, вентиляція шахти і т. ін.).
Проходка стволів завглибшки в десятки і сотні метрів у даний час механізована. Створені бурові машини, що дозволяють проходити (пробурювати) стволи діаметром 5-6 м.
Головний, або підйомний, ствол сучасної великої шахти має круглий, рідше еліптичний перетин. Його діаметр залежить від потужності (продуктивності) шахти. Ствол є капітальним спорудженням, терміну служби якого дорівнює термін експлуатації шахти. Тому його міцно закріплюють бетоном і залізобетоном, що забезпечує тривалість і безаварійність служби ствола.
Шахтний ствол звичайно поділяють по вертикалі на чотири відділення. В одному відділенні встановлюють дві підйомні кліті для спуску і підйому окремо людей і матеріалів; в іншому відділенні монтують підіймачі для вантажів – вугілля і порожньої породи; третє відділення обладнане східцями з площадками, воно служить запасним виходом на випадок якоїсь аварії підйомного механізму; в четвертому відділенні розміщають труби для відкачування води із шахти і для подачі стисненого повітря, електричні й телефонні кабелі.
Зовні біля ствола, у тому місці, де від нього починаються горизонтальні виробки, споруджують великий навколоствольний двір. Тут перевантажують добуте вугілля з вагонеток або з транспортерів у завантажувальні бункери підйомних машин і розміщують групу виробок – підземних камер, що мають різноманітне призначення. В них встановлюють насоси, що відкачують воду, розташовують ремонтні майстерні, депо для електровозів, електричну підстанцію, підземний медпункт і т. ін.
Від навколоствольного двору починають проходку капітальних горизонтальних виробок; при цьому можливі різні варіанти залежно від того, як залягають вугільні пласти, де розташовані стволи шахти.
Якщо вугільні пласти розташовані горизонтально або з невеличким ухилом (пологоспадні пласти), то стволи можуть бути пройдені до глибини між верхнім і нижнім пластами. В такому разі для розкривання пластів проходять капітальні горизонтальні відкаточні квершлаги 4 (рис. 3.1). Це горизонтальна гірнича виробка, пройдена вхрест простягання пласта. По простяганню вугільного пласта проходить головний 5 або відкаточний штрек, що зв’язує навколоствольний двір з місцями видобутку вугілля. Вниз за падінням пласта від штреку проходять похилі виробки, що називаються ухилами; нагору по пласту від штреку йдуть бремсберги 7. По ухилах і бремсбергах видобуте вугілля відповідно піднімають або опускають до головного штреку. Паралельно до бремсбергів і ухилів проходять вантажні (для доставки вантажів) і вентиляційні ходки 6, 8.
Рис. 3.2. Схема багатогоризонтного розкриття крутих пластів
вертикальними і етажними квершлагами:
1, 2 – головні стволи; 3 і 4 – відповідно відкаточний і
вентиляційний квершлаги; 5 і 6 – відповідно відкаточний і
вентиляційний штреки; 7 – розрізна піч; 8 – гезенк.
Якщо шахту будують для розробки похилих і крутопадаючих пластів, то капітальні горизонтальні виробки проходять інакше (рис. 3.2). У даному випадку ствол шахти може дійти до одного з вугільних пластів, або його закладають осторонь від них. Від ствола до вугільних пластів по порожній породі прокладають одну або на визначеній відстані одну над іншою декілька горизонтальних виробок – квершлаги. Така система квершлагів дозволяє з одного ствола відкрити доступ до двох, трьох і більшого числа похилих або крутопадаючих пластів вугілля і виключає необхідність проходження окремого ствола до кожного пласта. Після розкриття вугільного положистого або похилого пласта за допомогою квершлагу (рис. 3.1) по ньому прокладають штрек 2, а від нього – ухили і бремсберги.
|
|
Ствол, навколоствольний двір, головний відкаточний штрек, квершлаги, ухили і бремсберги є основними капітальними спорудженнями шахти і мають служити десятки років. Вони потребують тривкого кріплення бетоном і залізобетоном, металевими арками. Іноді для кріплення капітальних виробок застосовують і найбільш тривкі чавунні тюбінги.
Після завершення основних капітальних виробок починають спорудження ряду транспортних 9 і вентиляційних штреків 11, між якими по пласту нарізають розрізні печі 10 для монтажу устаткування, виїмки вугілля, робіт з поділу вугільного пласта на окремі ділянки для того, щоб видобуток вугілля можна було здійснювати одночасно з різних боків. Після завершення монтажу всіх механізмів і устаткування починають нормальну експлуатацію ділянок шахти. Вугілля вибирають начисто, і тому такі роботи називають очисними, а місце, де їх виконують, – очисним забоєм або лавою.