Szénbányászat, szénlerakók kinyerése a Föld felszínéről és a föld alatti földfelszínről.
A szén a legfőbb fosszilis tüzelőanyag a Földön. Főként hőenergia előállítására használták fel. Ez volt az alapvető energiaforrás, amely a 18. és 19. század ipari forradalmát támogatta, és a korszak ipari növekedése viszont támogatta a szénlelőhelyek széles körű kiaknázását. A 20. század közepe óta a szén helyet kapott a kőolajnak és a földgáznak, mint a világ legnagyobb energiaszolgáltatójának. A szénbányászat felszíni és föld alatti lerakódásokból manapság rendkívül produktív, gépesített művelet.
Történelem
A kőzetelő szén ősi felhasználása
Régészeti bizonyítékok vannak arra vonatkozóan, hogy a szenet temetkezési terekben égették a bronzkorban, 3000–4000 évvel ezelőtt, Walesben. Arisztotelész meteorologikájában megemlíti a szénet („éghető testek”), és Theophrastus tanulója szintén rögzíti annak felhasználását. A rómaiak Nagy-Britanniában égettek szént 400 ad előtt; sajtot találtak a római villák és városok romjai között, valamint a római fal mentén, különösen Northumberlandben, a szénvarratok kitörése közelében. Az Egyesült Államok ma délnyugati részén lévő hopi indiánok szénszedéssel és -kaparással bányásztak, és fűtésre, főzésre, valamint ünnepi kamrákban használták már a 12. század hirdetésekor; a 14. században ipari használatra használták a kerámia készítésében. Marco Polo szerint a 13. századi Kínában széles körben elterjedt. A Domesday Book (1086), amely minden gazdasági értéket felsorolt Angliában, nem említi a szénet. London első szénje 1228-ban érkezett tengeren, Fife és Northumberland területeiről, ahol a tenger alatti tengeralattjárásokból törött és hullámtevékenység által partra mosott csomókat nők és gyermekek gyűjtötték össze. Ezt követően a tengeri szén nevet az összes bitumenes szénre alkalmazták Angliában. A század későbbi szakaszában a szerzetesek elkezdték bányászni a külterületet Anglia északi részén.
Az aknák bejutásának alakulása
aknák
Kivéve a kínai embereket, akik esetleg szénbányászatot végeztek a föld alatt, az összes korai szénvarratot a felszínről megmunkálták, teljesen kitett kiálló részekben. A későbbi középkorban azonban a kőszén kimerülése sok helyen kényszerítette a felszíni föld alatti vagy tengelyes bányászváltást. A korai aknabányák alig voltak többek, mint a kút kiterjedése, annyiban, mint amennyit a bányászok mernek az összeomlás veszélyével szemben. A tengelyeket magas talajra süllyesztették, a vízszintes alagutakhoz hasonló csatornákkal, amelyek a hegy oldalába vezettek. Angliában néhány sekély aknatengely már a 14. században kimerült, ezért mélyebbre kellett menni és kiterjeszteni a bányászatot a tengely fenekén. Ezek továbbra is apró műveletek maradtak; egy 1684-es rekord 70 aknát mutat Bristol közelében, 123 alkalmazottat foglalkoztatva. A nagyobb mélység számos problémát okozott. Először is, a vizet már nem lehetett egyszerűen elvezetni. Nyers módszereket dolgoztak ki a felszínre emelésére. Egy vödör és lánc eszközt először emberek, később lovak hajtottak; egy folyamatos, kör alakú lemezekből álló övet húztunk egy csövön keresztül. A szélmalmokat szivattyúkhoz használták. A tengelyeket azonban 90–105 méter (300–350 láb) mélységre és 180 méteres bányászati sugárra kellett korlátozni. Csak 1710-ben oldotta meg a vízproblémát Thomas Newcomen légköri motorja, amely olcsó és megbízható áramforrást szolgáltatott egy függőleges mozgatású emelőszivattyú számára.
hoisting
Maga a széntartalom-növekedés szintén egy másik probléma. A szélvédőt működtető Manpower lóerővel váltotta fel; és ahogy a tengelyek mélyültek, több lovat adtak hozzá. Whitehavenben 1801-ben a szén négy ló által 180 méterre emelt, 42–44 tonna (46–48 tonna) sebességgel kilenc óra alatt. A gőzgép bevezetése a szén felvonására az ipar egyik fő fordulópontja volt. A kicsi, gőzzel működtetett szélvédőt 1770-ben sikerült kipróbálni. 1840 körül kb. Az első ketrecben használták a rakományos kocsi felemelésére; és 1840-től kezdve a szénbányászati technikák terén a haladás gyors volt.
Szellőzés
Mérgező és tűzveszélyes gázok miatt a bányászok már a legelső napjaktól felismerték a szénbányák szellőzésének kritikus jelentőségét. A természetes szellőzést a lejtős felületről a tengelyhez történő csatlakoztatáshoz vezető vízszintes vízelvezető alagutak biztosítják. A tengely feletti felszíni halmok növelték a szellőzés hatékonyságát; használatuk a kis bányákban a 20. század elejéig folytatódott. A legmegbízhatóbb módszer a ventilátorok bevezetése előtt volt a kemence használata a tengely alján vagy a felületen. A tűz- és robbanásveszély ellenére a 20. század elején még mindig sok kemence működött, legalábbis nem gázmentes bányákban.
A nyílt lángú megvilágítás azonban sokkal gyakoribb oka volt a robbanásoknak a Davy biztonsági lámpa bevezetéséig (kb. 1815), amelyben a lángot egy dupla rétegű huzalrétegbe zárták, amely megakadályozza a gyúlékony gázok meggyulladását a levegőben az enyém. Az erős légáramok jelenléte azonban még a Davy lámpa sem volt biztonságos.
A rotációs ventilátorokat a bányákban vezették be a 18. században. Eredetileg fából és gőzzel hajtott erővel fejlesztették ki őket a 19. és a 20. században acéllemezek, villamos energia és aerodinamikailag hatékony alakzatok bevezetésével.
Kézi üzemtől a gépes extrakcióig
Hagyományos bányászat
A korai európai bányászok kioltották a szénet a varrásból, vagy kitörve szétzúzták. A robbanóanyagok bevezetése után még mindig szükség volt a szénvarrat aláhúzására kézi szerszámokkal. A gőz, a sűrített levegő és az elektromosság megjelenése enyhítette ezt a nehéz, veszélyes munkát. 1868-ban, majdnem 100 éves próbálkozás és hiba után, Angliában bevezettek egy kereskedelmi szempontból sikeres forgókerék-vágót a szénvarrás alátámasztására. Ezt az első motoros vágószerszámot hamarosan továbbfejlesztették a sűrített levegő áramforrásként történő bevezetésével a gőz helyett. Később villamos energiát használtak. A hosszú falú vágógépet 1891-ben vezették be. Eredetileg sűrített levegővel hajtották végre, majd később villamossá tették. A hosszú oldal egyik végénél kezdődhet (a szénhéj függőleges, kitett keresztmetszete) és folyamatosan vágható a másik felé.
Folyamatos bányászat fejlesztése
A fentebb leírt hagyományos bányászati technikák, amelyek a vágás, a fúrás, a robbantás és a rakodás ciklikus műveleteiből állnak, a helyiségből és az oszlopból történő bányászattal összefüggésben alakultak ki. Az alapvető föld alatti módszerek közül a legrégebbi, a helyiségből és az oszlopból történő bányászat természetesen nőtt annak szükségességéből, hogy több szént kell visszanyerni, mivel a bányászati műveletek mélyebbé és drágábbá váltak. Az 1940-es évek végén a hagyományos technikákat egyszeres, folyamatos bányászként ismert gépek váltották fel, amelyek a szénet levágták a varratból és visszaszállították a szállítórendszerbe. A Joy Ripper (1948) volt az első folyamatos bányász, amelyet a szoba-oszlop módszerre alkalmaztak.
A Longwall bányászat eredete
A modern bányászat másik fő módszerét, a hosszúfalú bányászatot már a 17. században bevezették, és a 19. században általános alkalmazásra találták, ám ez már régen kevésbé volt termékeny, mint a helyiségből és az oszlopból történő bányászat. Ez az 1940-es években kezdődött megváltozni, amikor a német Wilhelm Loebbe folyamatos rendszert fejlesztett ki, amelybe beletartozik a „eke”. A szén felületén áthúzva és egy szegmentált szállítószalag oldalán lévő csővezetéssel vezetve az eke egy gázt húzott le a varrás aljától. A szállítószalag a haladó eke mögött levő arccal kicsúszott, hogy megkapja a szénet, amely a gáztól felülről levágott. A szénfelületnél szükséges munkaerő jelentős csökkentése mellett (kivéve a tetőtámasz felszereléséhez szükséges munkaerőt) a Loebbe-rendszer gyorsan népszerűvé vált Németországban, Franciaországban és az alacsony országokban.
Maga az eke korlátozottan alkalmazható volt a brit bányákban, de az erőteljesen fejlett szegmentált szállítószalag a berendezés alapvető részévé vált, és 1952-ben bevezettek egy egyszerű, folyamatos gépet, amelyet a nyírónak hívtak. Az arc mentén a szállítószalagon hátrahúzva a vágó egy sor tárcsát hordott, amelyek kerületükben csipeszekkel vannak felszerelve, és az arcra merőleges tengelyre vannak felszerelve. A forgótárcsák egy szelet vágtak le a szénfelületről, amikor a gépet elhúzták, és a gép mögött egy eke megtisztította az összes szént, amely az arc és a szállítószalag között esett le.
Tetőtartó
A tető kőcsavarozással történő támogatásának technikája az 1940-es évek végén vált közismerté és nagyon sokat tett egy akadálymentes munkaterület biztosításához a helyiségek és oszlopok bányászatához, ám ez egy fárasztó és lassú művelet, amely megakadályozta a longwall bányászat kiaknázását. Az 1950-es évek végén azonban a britek vezettek be önellátó, önjáró tetőtámaszokat. Egyedileg vagy csoportosan ezeket a szállítószalaghoz rögzített tartóelemeket hidraulikusan le lehet engedni, előre lehet emelni és vissza lehet állítani a tetőre, ezáltal felszerelés-mentes helyet biztosítva (a szénfelület és az első emelősorok között), valamint a lombkorona út a bányászok számára (az első és a második sorok között).
vontatás
Kézi munka az elektromos áramig
Az első aknabányákban a szént kosarakba töltötték, amelyeket férfiak vagy nők hátán hordtak, vagy fa szánkókra vagy villamosokra rakodták, amelyeket azután a fő szállítási útvonalon a tengely aljára toltak vagy vontattak, hogy emelőkötelekre lógják vagy lánc. A sodródó és lejtős bányákban a szenet ezekkel és hasonló módszerekkel közvetlenül a felszínre juttatta. A szánkókat először emberek, később állatok húzták, beleértve öszvér, ló, ökör, sőt kutyák és kecskék.
Richard Trevithick által tervezett gőzmozdonyokat Dél-Wales és Tyne, majd később Pennsylvania és Nyugat-Virginia területén használták, ám ezek túl sok füstöt jelentettek. Az 1880-as években megjelent sűrített levegős mozdonyok működése drága volt. Az 1887-ben bevezetett elektromos mozdonyok gyorsan népszerűvé váltak, ám az öszvér és a ló még az 1940-es években is működtek néhány bányában.
Gépesített rakodás
A törött szén kézi betöltése a vasúti kocsikba a 20. század elején a rakodógépek révén elavulttá vált. A Stanley Header-et, az Egyesült Államokban használt első szén-betöltő gépet Angliában fejlesztették ki, és 1888-ban Coloradóban tesztelték. Másokat fejlesztettek ki, de csak kevés haladtak a prototípus szakaszán, amíg a Joy gépet 1914-ben be nem mutatták. -kar, a Joy gép biztosította a mintát a jövő sikeres mobil rakodóinak. Miután 1938-ban bevezettek egy villamos, gumi-fáradt shuttle-autót, amelyek célja a szén szállítása a rakodógépből a felvonóba, a mozgatható rakodás és a szállítás gyorsan kiszállította a vasúti teherfuvarozást a szoba- és oszlopbányákkal szemben.
szállítószalagok
1924-ben egy szállítószalagot sikeresen használtak egy antracit bányában Pennsylvania központjában, hogy a szén szállításra kerüljön a szállítószalagok egy csoportjából az autósorba a bánya bejáratánál. Az 1960-as évekre az övek majdnem teljesen felváltották a közúti szállításhoz használt vasúti kocsikat.
