Exploatarea cărbunelui, extragerea depozitelor de cărbune de pe suprafața Pământului și din subteran.
Cărbunele este cel mai abundent combustibil fosil de pe Pământ. Utilizarea sa predominantă a fost întotdeauna pentru producerea energiei termice. A fost sursa de energie de bază care a alimentat Revoluția industrială din secolele XVIII și XIX, iar la rândul său, creșterea industrială a acelei epoci a susținut exploatarea pe scară largă a depozitelor de cărbune. De la mijlocul secolului XX, cărbunele și-a cedat locul petrolului și gazelor naturale ca principal furnizor de energie al lumii. Exploatarea cărbunelui din depozitele de suprafață și subterane este astăzi o operațiune mecanizată extrem de productivă.
Istorie
Folosirea antică a cărbunilor afânători
Există dovezi arheologice conform cărora cărbunele a fost ars în porțile funerare în epoca bronzului, acum 3.000 - 4.000 de ani, în Țara Galilor. Aristotel menționează cărbunele („corpuri combustibile”) în Meteorologica sa, iar elevul său Theophrastus înregistrează și utilizarea acestuia. Romanii din Marea Britanie au ars cărbune înainte de anul 400; cindre au fost găsite printre ruinele vilelor și orașelor romane și de-a lungul zidului roman, în special în Northumberland, în apropierea afecțiunii de canalizare a cărbunelui. Indienii Hopi din ceea ce este acum sud-vestul Statelor Unite au extras cărbune prin cules și răzuire și l-au folosit pentru încălzire, gătit și în camerele ceremoniale încă din secolul al XII-lea; în secolul al XIV-lea l-au folosit industrial la confecționarea olăritului. Marco Polo raportează utilizarea sa ca fiind răspândită în China secolului al XIII-lea. Cartea Domesday (1086), care a înregistrat tot ceea ce are valoare economică în Anglia, nu menționează cărbunele. Primul cărbune din Londra a ajuns pe mare în 1228, din zonele Fife și Northumberland, unde femeile și copiii au adunat bucăți rupte din afluențele submarine și spălate pe uscat prin acțiunea valurilor. Ulterior, numele cărbunelui de mare a fost aplicat tuturor cărbunilor bitumini din Anglia. Mai târziu în secol, călugării au început să extragă miniere în nordul Angliei.
Evoluții la intrarea mea
Axe
Cu excepția chinezilor, care pot fi extras cărbune subteran, toate cusăturile de cărbune timpurii au fost prelucrate de la suprafață, în afecțiuni complet expuse. Cu toate acestea, în Evul Mediu ulterior, epuizarea cărbunelui aflat în multe locuri a impus o schimbare de la suprafață la subteran, sau din minerit. Minele timpurii de puț au fost puțin mai mult decât sondele lărgite atât cât minerii au îndrăznit în fața pericolului de prăbușire. Arborele au fost scufundate pe un teren înalt, cu adaosuri - tuneluri aproape orizontale - pentru drenaj condus în partea dealului. În Anglia, unele puțuri de mină superficiale au fost epuizate încă din secolul al XIV-lea, ceea ce face necesară aprofundarea și extinderea mineritului pe fundul arborelui. Acestea au rămas mici operațiuni; un registru din 1684 arată 70 de mine lângă Bristol, care angajează 123 de lucrători. Adâncimea mai mare a creat multe probleme. În primul rând, apa nu mai putea fi pur și simplu evacuată. Au fost concepute metode brute pentru a-l ridica la suprafață. Un dispozitiv cu găleată și lanț a fost alimentat mai întâi de bărbați și mai târziu de cai; printr-o țeavă era trasată o centură continuă de plăci circulare. Morile de vânt au fost utilizate pentru pompe. Dar arborele au trebuit să fie limitate la adâncimi de 90 - 105 metri (300 - 350 picioare) și o rază minieră de 180 de metri. Abia în 1710, problema apei a fost redusă de motorul atmosferic al aburului Thomas Newcomen, care a furnizat o sursă de alimentare ieftină și fiabilă pentru o pompă de ridicare alternativă verticală.
Ridicat
Creșterea cărbunelui în sine a fost o altă problemă. Forța de muncă, care acționa un eolian, a fost înlocuită cu puterea; și, pe măsură ce puțurile au ajuns mai adânc, au fost adăugați mai mulți cai. La Whitehaven, în 1801, cărbunele a fost ridicat la 180 de metri de patru cai, la o proporție de 42–44 tone (46–48 tone) în nouă ore. Introducerea motorului cu aburi în cărbune elevator a fost un punct de cotitură important pentru industrie. Ochelari de vânt mici cu abur au fost încercați cu succes în jurul anului 1770. În jurul anului 1840, prima cușcă a fost folosită pentru ridicarea mașinii încărcate; iar începând cu 1840 progresele în tehnicile de extracție a cărbunelui au fost rapide.
Ventilare
Prezența gazelor nocive și inflamabile i-a determinat pe mineri să recunoască importanța critică a ventilației în minele de cărbune încă din primele zile. Ventilarea naturală a fost oferită de tunelele de drenare nivelate conduse de pe suprafața înclinată pentru a se conecta cu axul. Stivele de suprafață deasupra arborelui au crescut eficiența ventilației; utilizarea lor a continuat în minele mici până la începutul secolului XX. Cea mai fiabilă metodă, înainte de introducerea ventilatoarelor, a fost utilizarea unui cuptor la fundul arborelui sau la suprafață. În ciuda pericolului de incendiu și explozie, existau încă un număr mare de cuptoare care funcționau, cel puțin în mine nongassy, la începutul secolului XX.
Iluminarea cu flacără deschisă a fost însă o cauză mult mai frecventă de explozii până la introducerea lămpii de siguranță Davy (aproximativ 1815), în care flacăra este închisă într-un dublu strat de tifon de sârmă care împiedică aprinderea gazelor inflamabile în aer a minei. Prezența curenților puternici de aer a făcut însă chiar și lampa Davy nesigură.
Ventilatoarele de ventilare rotative au fost introduse în minele în secolul al XVIII-lea. Inițial din lemn și alimentat cu abur, acestea au fost îmbunătățite de-a lungul secolelor XIX și XX prin introducerea de lame de oțel, energie electrică și forme eficiente din punct de vedere aerodinamic pentru lame.
De la extracția manuală la cea mecanizată
Minerit convențional
Minerii europeni timpurii au scos cărbune din cusătură sau l-au rupt cu o bucată. După introducerea explozibililor, a fost încă necesară reducerea cusăturii de cărbune cu unelte de mână. Apariția aburului, a aerului comprimat și a energiei electrice a adus ușurare de la această muncă grea și periculoasă. În 1868, după aproape 100 de ani de încercare și eroare, în Anglia a fost introdus un tăietor cu rotile rotative de succes comercial pentru subcotarea cusăturii de cărbune. Acest prim instrument de tăiere cu motor a fost curând îmbunătățit prin introducerea aerului comprimat ca sursă de alimentare în locul aburului. Ulterior, s-a folosit electricitate. Cuțitul tăiat lung a fost introdus în 1891. Inițial acționat de aer comprimat și ulterior electrificat, ar putea începe la un capăt al unei fețe lungi (secțiunea verticală, expusă a unei cusături de cărbune) și tăiat continuu la cealaltă.
Dezvoltarea mineritului continuu
Tehnicile miniere convenționale descrise mai sus, alcătuite din operațiunile ciclice de tăiere, găurire, sablare și încărcare, dezvoltate în asociere cu minerirea camerei și a stâlpilor. Cea mai veche dintre metodele de bază din subteran, minerirea camerei și a stâlpilor a crescut în mod natural din nevoia de a recupera mai mult cărbune, deoarece operațiunile miniere au devenit mai profunde și mai scumpe. La sfârșitul anilor 1940, tehnicile convenționale au început să fie înlocuite cu mașini unice, cunoscute sub numele de mineri continue, care au rupt cărbunele de la cusătură și l-au transferat înapoi la sistemul de transport. Joy Ripper (1948) a fost primul miner continuu aplicabil metodei camerei și stâlpului.
Origini ale exploatării cu pereți lungi
Cealaltă metodă principală de exploatare modernă, exploatarea cu pereți lungi, a fost introdusă încă din secolul al XVII-lea și și-a găsit o utilizare generală până în secolul al XIX-lea, dar a fost mult timp mai puțin productivă decât exploatarea camerei și a stâlpilor. Aceasta a început să se schimbe în anii 40, când Wilhelm Loebbe a dezvoltat un sistem continuu care implică „plugul”. Aruncat pe fața cărbunelui și ghidat de o țeavă de pe fața unui transportor segmentat, plugul a sculptat o gaură pe partea inferioară a cusăturii. Transportorul s-a strecurat pe fața din spatele plugului care înainta, pentru a prinde cărbunele care se tăia de sus. Reducând substanțial forța de muncă necesară pe fața cărbunelui (cu excepția celei necesare pentru instalarea suportului de acoperiș), sistemul Loebbe a devenit repede popular în Germania, Franța și Țările joase.
Plugul în sine avea o aplicație limitată în minele britanice, dar transportorul segmentat cu putere avansată a devenit o parte fundamentală a echipamentelor acolo, iar în 1952 a fost introdusă o simplă mașină continuă numită forfecă. Tăcut de-a lungul feței înfundat transportorul, forfecătorul a purtat o serie de discuri prevăzute cu picături pe perimetrul lor și montate pe un ax perpendicular pe față. Discurile rotative tăiau o felie de pe fața cărbunelui, în timp ce mașina era trasă, iar un plug din spatele mașinii curăța orice cărbune care cădea între față și transportor.
Suport pentru acoperiș
Tehnica de susținere a acoperișului prin șuruburi de rocă a devenit obișnuită la sfârșitul anilor 1940 și a făcut mult pentru a oferi o zonă de lucru neobstrucționată pentru minerirea camerei și a stâlpilor, dar a fost o operațiune laborioasă și lentă care a împiedicat exploatarea pe pereți lungi să-și realizeze potențialul. Totuși, la sfârșitul anilor '50, britanicii au introdus suporturi de acoperiș cu avans și cu putere, auto-avansate. Individual sau în grup, aceste suporturi, atașate la transportor, ar putea fi coborâte hidraulic, avansate și resetate pe acoperiș, oferind astfel o zonă lipsită de recuzită pentru echipament (între fața cărbunelui și primul rând de mufe) și un baldachin calea pentru mineri (între primul și al doilea rând de cricuri).
Transport
Munca manuală la energia electrică
În primele mine de arbore, cărbunele era încărcat în coșuri care erau transportate pe spatele bărbaților sau femeilor sau încărcate pe sanii sau tramvaie din lemn care erau apoi împinse sau trase pe calea principală de transport pe fundul arborelui pentru a fi atârnate pe frânghii de ridicare sau lanţuri. În minele în derivă și în pantă, cărbunele a fost adus direct la suprafață prin aceste metode și similare. Șanțurile au fost trase mai întâi de oameni și mai târziu de animale, inclusiv catâri, cai, boi și chiar câini și capre.
Locomotivele cu aburi proiectate de Richard Trevithick au fost utilizate în câmpurile din Țara Galilor de Sud și Tyne și mai târziu în Pennsylvania și Virginia de Vest, dar au creat prea mult fum. Locomotivele cu aer comprimat, care au apărut în anii 1880, s-au dovedit scumpe de operare. Locomotivele electrice, introduse în 1887, au devenit repede populare, dar mulele și caii încă lucrau în unele mine încă din anii '40.
Încărcare mecanizată
Încărcarea manuală a cărbunelui rupt în cărucioare a fost învechită la începutul secolului XX de către încărcătoarele mobile. Stanley Header, prima mașină de încărcare a cărbunelui folosită în Statele Unite, a fost dezvoltată în Anglia și testată în Colorado în 1888. Alții au fost dezvoltate, dar puțini au progresat dincolo de stadiul prototipului până la introducerea Mașinii Joy în 1914. Angajând adunarea -prin principiu, mașina Joy a oferit modelul pentru viitoarele încărcătoare mobile de succes. După introducerea în 1938 a mașinilor de transport cu energie electrică, obosite din cauciuc, concepute pentru a transporta cărbune de la mașina de încărcare până la lift, încărcarea și transportul mobil au înlocuit rapid transportul pe șenile din fața minelor din cameră și stâlp.
Transportoare
În 1924, o bandă transportoare a fost folosită cu succes într-o mină antracită din centrul Pennsilvaniei pentru a transporta cărbune de la un grup de transportoare de cameră la un șir de mașini la intrarea în mină. Până în anii '60, centurile au înlocuit aproape complet căile ferate pentru transportul intermediar.
