Подземна производња угља је прво почела са приступним тунелима, или адитивима, копаним у слојеве из њихових површинских изданака. Међутим, проблеми узроковани неадекватним транспортним средствима за изношење угља на површину и све већим ризиком од запаљења џепова метана од свећа и других светиљки отвореног пламена ограничили су дубину до које би се могли радити рани подземни рудници.
Повећана потражња за угљем током индустријске револуције дала је подстицај за потонуће шахтова ради приступа дубљим резервама угља, а до средине двадесетог века далеко већи део светске производње угља долази из подземних операција. Током 1970-их и 1980-их дошло је до широког развоја нових капацитета површинских рудника угља, посебно у земљама као што су Сједињене Државе, Јужна Африка, Аустралија и Индија. Током 1990-их, међутим, обновљено интересовање за подземно рударство резултирало је развојем нових рудника (у Квинсленду, Аустралија, на пример) из најдубљих тачака бивших површинских рудника. Средином 1990-их, подземна експлоатација је чинила можда 45% свих ископаних камених угља широм света. Стварни удео је увелико варирао, у распону од испод 30% у Аустралији и Индији до око 95% у Кини. Из економских разлога, лигнит и мрки угаљ се ретко копају под земљом.
Подземни рудник угља се у суштини састоји од три компоненте: производног подручја; транспорт угља до подножја окна или пад; и подизање или преношење угља на површину. Производња такође укључује припремне радове који су потребни да би се омогућио приступ будућим производним просторима рудника и као последица тога представља највиши ниво личног ризика.
Развој рудника
Најједноставнији начин да се приступи слоју угља је да га се прати од његовог површинског избијања, што је још увек широко практикована техника у областима где је прекривена топографија стрма и шавови су релативно равни. Пример је поље угља Аппалацхиан у јужној Западној Вирџинији у Сједињеним Државама. Стварни метод рударења који се користи у шаву је у овом тренутку небитан; важан фактор је да се приступ може добити јефтино и уз минималне грађевинске напоре. Адитиви се такође обично користе у областима нискотехнолошке експлоатације угља, где се угаљ произведен током ископавања адитива може користити за компензацију трошкова његовог развоја.
Други начини приступа укључују падове (или рампе) и вертикалне шахтове. Избор обично зависи од дубине слоја угља који се обрађује: што је слој дубљи, то је скупље да се развије степенована рампа дуж које могу да раде возила или транспортне траке.
Потонуће окна, у којем се окно копа вертикално надоле од површине, је скупо и дуготрајно и захтева дуже време између почетка изградње и прве експлоатације угља. У случајевима када су шавови дубоки, као у већини европских земаља иу Кини, шахтови се често морају потопити кроз водоносне стене које прекривају слојеве угља. У овом случају, специјалне технике, као што су замрзавање тла или фуговање, морају се користити да би се спречило да вода тече у окно, које је затим обложено челичним прстеновима или ливеним бетоном како би се обезбедило дуготрајно заптивање.
Падови се обично користе за приступ шавовима који су сувише дубоки за отворену експлоатацију, али који су још увек релативно близу површине. На пољу угља Мпумаланга (источни Трансвал) у Јужној Африци, на пример, слојеви који се могу копати леже на дубини од највише 150 м; у неким областима се копају са површинских копа, ау другим је неопходна подземна експлоатација, у ком случају се често користе падови за обезбеђивање приступа рударској опреми и за постављање тракастих транспортера који се користе за изношење исеченог угља из рудника.
Опадања се разликују од рушевина по томе што се обично ископавају у стени, а не у угљу (осим ако се слој не спушта константном брзином), и копају се до константног нагиба да би се оптимизовао приступ возилу и транспортеру. Иновација од 1970-их је употреба тракастих транспортера који раде у опадању за ношење производње у дубоком руднику, систем који има предности у односу на традиционално подизање окна у смислу капацитета и поузданости.
Методе рударења
Подземно ископавање угља обухвата две главне методе, од којих су многе варијације еволуирале како би се решили услови рударења у појединачним операцијама. Вађење просторија и стубова укључује рударење тунела (или путева) на редовној мрежи, често остављајући значајне стубове за дуготрајну подршку крова. Дужним рударством се постиже потпуна екстракција великих делова угљеног слоја, што доводи до урушавања кровних стена у минирано подручје.
Рударство у просторији и стубовима
Рударство у просторији и стубовима је најстарији систем подземног вађења угља и први који користи концепт редовног кровног ослонца за заштиту радника рудника. Назив рударство просторија и стубова потиче од стубова угља који су остављени на редовној мрежи да би обезбедили на лицу места ослонац на кров. Развијен је у високопроизводну, механизовану методу која, у неким земљама, чини значајан део укупне подземне производње. На пример, 60% подземне производње угља у Сједињеним Државама долази из рудника са просторијом и стубовима. Што се тиче обима, неки рудници у Јужној Африци имају инсталиране капацитете веће од 10 милиона тона годишње из операција вишепроизводних секција у шавовима дебљине до 6 м. Насупрот томе, многи рудници просторија и стубова у Сједињеним Државама су мали, раде у дебљини шава од чак 1 м, са могућношћу брзог заустављања и поновног покретања производње како то налажу услови тржишта.
Рударство у просторији и стубовима се обично користи у плитким шавовима, где притисак који врши прекривено стење на потпорне стубове није превелик. Систем има две кључне предности у односу на лонгвалл рударство: његову флексибилност и инхерентну безбедност. Његов главни недостатак је што је опоравак ресурса угља само делимичан, а тачна количина зависи од фактора као што су дубина слоја испод површине и његова дебљина. Могући су опоравак до 60%. Опоравак од XNUMX посто је могућ ако се стубови ископају као друга фаза процеса екстракције.
Систем је такође способан за различите нивое техничке софистицираности, у распону од радно интензивних техника (као што је „вађење корпе“ у којем је већина фаза рударења, укључујући транспорт угља, ручна), до високо механизованих техника. Угаљ се може ископати из тунела коришћењем експлозива или машина за континуирано рударење. Возила или покретни тракасти транспортери обезбеђују механизовани транспорт угља. Кровни вијци и металне или дрвене траке користе се за подупирање крова коловоза и раскрсница између коловоза где је отворени распон већи.
Континуални рудар, који укључује резну главу и систем за утовар угља монтиран на гусеничарима, обично тежи од 50 до 100 тона, у зависности од радне висине на којој је пројектован да ради, инсталиране снаге и потребне ширине резања. Неки су опремљени уграђеним машинама за уградњу клинова које обезбеђују подршку крова истовремено са сечењем угља; у другим случајевима, одвојене континуиране рударске и кровне машине се користе узастопно.
Носачи угља се могу напајати електричном енергијом из пупчаног кабла или могу бити на батерије или дизел мотори. Ово последње обезбеђује већу флексибилност. Угаљ се утоварује из задњег дела континуираног рудара у возило, које затим носи терет, обично између 5 и 20 тона, на краткој удаљености до резервоара за пуњење за систем главне траке. Дробилица може бити укључена у дозатор резервоара за разбијање превеликог угља или камења који би могао блокирати канале или оштетити транспортне траке даље дуж транспортног система.
Алтернатива транспорту возилима је систем континуалног транспорта, флексибилни транспортер који се монтира на гусеничару који транспортује исечени угаљ директно од непрекидног рудара до резервоара. Они нуде предности у погледу безбедности особља и продуктивног капацитета, а њихова употреба се проширује на системе развоја дугог зида из истих разлога.
Путеви се минирају до ширине од 6.0 м, обично пуне висине шава. Величине стубова зависе од дубине испод површине; Квадратни стубови од 15.0 м на центрима од 21.0 м били би репрезентативни за дизајн стубова за плитки рудник ниског шава.
Лонгвалл рударство
Широко се сматра да је рударство дугог зида развој двадесетог века; међутим, верује се да је концепт заправо развијен више од 200 година раније. Главни напредак је у томе што су раније операције биле углавном ручне, док је од 1950-их, ниво механизације порастао до степена да је уздужни зид сада јединица високе продуктивности којом може управљати врло мала посада радника.
Лонгваллинг има једну превасходну предност у поређењу са рударством из просторија и стубова: може постићи потпуно извлачење панела у једном пролазу и повратити већи укупни удео у укупним ресурсима угља. Међутим, овај метод је релативно нефлексибилан и захтева и велике ресурсе за откопавање и загарантовану продају да би била одржива, због високих капиталних трошкова који су укључени у развој и опремање савременог зида дугог зида (преко 20 милиона УСД у неким случајевима).
Док су у прошлости појединачни рудници често истовремено радили на неколико површина уздужног зида (у земљама као што је Пољска, преко десет по руднику у одређеном броју случајева), тренутни тренд је ка консолидацији рударских капацитета у мање јединица за тешке услове рада. Предности овога су смањени захтеви за радном снагом и потреба за мање екстензивним развојем и одржавањем подземне инфраструктуре.
Код експлоатације уздужних зидова кров се намерно урушава док је шав миниран; само су главни приступни путеви под земљом заштићени потпорним стубовима. Контролу крова обезбеђују хидраулични ослонци са две или четири ноге који преузимају тренутно оптерећење крова изнад, омогућавајући његову делимичну дистрибуцију на неминирано лице и стубове са обе стране панела, и штите опрему за лице и особље са урушеног крова иза линије ослонаца. Угаљ се сече машином за стрижење на електрични погон, обично опремљеном са два бубња за резање угља, која сваким пролазом откопава траку угља дебљине до 1.1 м са чела. Машина за стрижење иде уздуж и утоварује исечени угаљ на оклопни транспортер који се помера напред после сваког сечења узастопним померањем чеоних носача.
На чеоном крају, исечени угаљ се преноси на трачни транспортер за транспорт на површину. Код напредовања, појас се мора редовно продужавати како се растојање од почетне тачке лица повећава, док у повлачењу-дужном зиду важи супротно.
Током протеклих 40 година, дошло је до значајног повећања како дужине ископане површине уздужног зида тако и дужине појединачних панела дугог зида (блока угља кроз који лице напредује). Илустрације ради, у Сједињеним Америчким Државама просечна дужина уздужног зида порасла је са 150 м 1980. на 227 м 1993. године. У Немачкој је просек средином 1990-их био 270 м, а планирана је дужина лица преко 300 м. И у Уједињеном Краљевству иу Пољској, лица се минирају до 300 м дужине. Дужина панела је у великој мери одређена геолошким условима, као што су раседи, или границама рудника, али су сада константно преко 2.5 км у добрим условима. У САД се расправља о могућности панела дужине до 6.7 км.
Повлачење рударства постаје индустријски стандард, иако укључује веће почетне капиталне трошкове у развоју коловоза до најдаљег дела сваког панела пре него што може да почне изградња дугих зидова. Где је могуће, путеви се сада минирају у шавовима, коришћењем непрекидних рудара, са подршком за сидове који замењују челичне лукове и решетке који су раније коришћени да би се обезбедила позитивна подршка стенама изнад, уместо пасивне реакције на кретање стена. Међутим, примењивост је ограничена на компетентне кровне стене.
Мере предострожности
Статистички подаци ИЛО-а (1994) указују на велике географске варијације у стопи смртних случајева који се јављају у рударству угља, иако ови подаци морају узети у обзир ниво софистицираности рударства и број запослених радника од земље до земље. Услови су се побољшали у многим индустријализованим земљама.
Велики рударски инциденти су сада релативно ретки, пошто су се инжењерски стандарди побољшали, а отпорност на ватру је уграђена у материјале као што су транспортне траке и хидрауличне течности које се користе под земљом. Без обзира на то, постоји могућност за инциденте који могу узроковати личну или структурну штету. Експлозије гаса метана и угљене прашине и даље се дешавају, упркос знатно побољшаним праксама вентилације, а падови кровова представљају већину озбиљних несрећа у целом свету. Посебну опасност представљају пожари, било на опреми или настали као резултат спонтаног сагоревања.
Узимајући у обзир два екстрема, радно интензивно и високо механизовано рударење, такође постоје велике разлике у стопама незгода и врстама инцидената који су укључени. Већа је вероватноћа да ће радници запослени у малом ручном руднику задобити повреде услед пада камена или угља са крова коловоза или бочних зидова. Такође ризикују већу изложеност прашини и запаљивом гасу ако вентилациони системи нису одговарајући.
И рударење просторија и стубова и развој путева да би се обезбедио приступ панелима дугачког зида захтевају подршку за стене крова и бочних зидова. Тип и густина подлоге варирају у зависности од дебљине шава, способности стена изнад и дубине шава, између осталих фактора. Најопасније место у било ком руднику је испод неподржаног крова, а већина земаља намеће строга законска ограничења на дужину пута која се може изградити пре него што се постави подршка. Опоравак стубова у операцијама између просторија и стубова представља специфичне опасности кроз могућност изненадног урушавања крова и мора се пажљиво планирати како би се спречио повећан ризик за раднике.
Савремене високопродуктивне површине дугих зидова захтевају тим од шест до осам оператера, тако да је број људи изложених потенцијалним опасностима значајно смањен. Прашина коју ствара машина за шишање дугог зида представља велику забринутост. Сечење угља је стога понекад ограничено на један правац дуж чела да би се искористила предност вентилационог тока за одвођење прашине од оператера машине за шишање. Топлота коју стварају све снажније електричне машине у границама лица такође има потенцијално штетне ефекте на раднике који се баве обрадом, посебно када мине постају све дубље.
Повећава се и брзина којом машине за шишање раде дуж лица. Брзине сечења до 45 м/мин активно се разматрају касних 1990-их. Способност радника да физички одрже корак са секачем угља који се више пута креће преко 300 м дугог лица током целе радне смене је сумњива, а повећање брзине шишања је стога главни подстицај за шире увођење система аутоматизације за које би рудари деловали као монитори, а не као практични оператери.
Опоравак опреме за лице и њен трансфер на ново радилиште нуди јединствене опасности за раднике. Развијене су иновативне методе за осигурање дугог зида крова и чеоног угља како би се минимизирао ризик од пада камења током операције преноса. Међутим, појединачни делови машинерије су изузетно тешки (преко 20 тона за велики подупирач лица и знатно више за машину за шишање), и упркос употреби посебно дизајнираних транспортера, остаје ризик од пригњечења или повреда приликом подизања током спасавања дугог зида. .