Longwall mining - Longwall mining

Longwall gruvdrift

Longwall mining är en form av underjordisk kolbrytning där en lång kolvägg bryts i en enda skiva (vanligtvis 0,6–1,0 m (2 ft 0 in – 3 ft 3 in) tjock). Långväggspanelen (kolblocket som bryts) är vanligtvis 3–4 km (1,9–2,5 mi) långt och 250–400 m (820–1 310 fot) brett.

Historia

Plan för långväggsgruva före transportörer - lyften är i mitten av den centrala pelaren.

Grundidén för longwall mining utvecklades i England i slutet av 1600 -talet. Gruvarbetare underskred kolet längs bredden på kolytan, tog bort kol när det föll och använde trärekvisita för att kontrollera takets fall bakom ansiktet. Detta var känt som gruvmetoden Shropshire . Även om tekniken har förändrats avsevärt, förblir grundtanken densamma: att ta bort i huvudsak allt kol från en bred kolyta och låta taket och det överliggande berget kollapsa i tomrummet bakom, samtidigt som man bibehåller ett säkert arbetsutrymme längs ansiktet för gruvarbetarna.

Plan för långväggsgruva
Oklahoma avancerar longwall gruva c. 1917; pilar visar luftflöde
Plan för långväggsgruva
West Virginia retreating longwall mine c. 1917

Från omkring 1900 tillämpades mekanisering på denna metod. År 1940 hänvisade vissa till longwall mining som "transportörsmetoden" för gruvdrift, efter den mest framträdande maskinen. Till skillnad från tidigare långväggsbrytning tvingade användningen av ett transportband parallellt med kolytan ansiktet att utvecklas längs en rak linje. Det enda andra maskineriet som användes var en elektrisk skärare för att underskrida kolytan och elektriska borrar för sprängning för att tappa ansiktet. När den väl tappats användes manuellt arbete för att ladda kol på transportören parallellt med ansiktet och för att placera takstakar för att styra takets fall.

Sådana lågteknologiska långväggsgruvor fortsatte att fungera in på 1970-talet. Det mest kända exemplet var New Gladstone Mine nära Centerville, Iowa , "en av de sista framstegna långvägggruvorna i USA". Denna långväggsgruva använde inte ett transportband, utan förlitade sig istället på ponnyer för att dra kolkar från ansiktet till sluttningen där en hiss drog badkaret till ytan.

Longwall -gruvdrift har i stor utsträckning använts som det sista steget i gruvdrift av gamla rums- och pelargruvor . I detta sammanhang kan longwall mining klassificeras som en form av reträttbrytning .

Layout

Portvägar körs till baksidan av varje panel innan långväggsbrytning påbörjas. Portvägen längs ena sidan av kvarteret kallas maingate eller huvudporten; vägen på andra sidan kallas baklucka. Där kolets tjocklek tillåter har dessa grindvägar tidigare utvecklats av kontinuerliga gruvarbetare, eftersom långväggen i sig inte är kapabel till den första utvecklingen. Layouten för Longwall kan vara antingen "avancerad" typ eller av "reträtt" -typ. I den avancerade typen bildas portvägarna när kolytan går framåt. I tunnare sömmar kan den avancerade långväggsbrytningsmetoden användas. I retreat -typen är panelen ett ansikte som förbinder dem båda. Endast maingate -vägen bildas före ansiktet. Bakluckans väg bildas bakom kolytan genom att ta bort stenen ovanför kolhöjden för att bilda en väg som är tillräckligt hög för att färdas i. Blockets ände som innehåller långväggsutrustningen kallas ansiktet. Den andra änden av kvarteret är vanligtvis en av gruvans huvudsakliga resvägar. Hålrummet bakom longwall kallas goaf, goff eller gob.

Ventilation

Normalt passerar intag (frisk) luft upp genom huvudporten, över ansiktet, och sedan ner i bakluckan, känd som "U" -ventilation. Väl förbi ansiktet är luften inte längre frisk luft, utan returluft som bär bort koldamm och gruggaser som metan , koldioxid , beroende på kolets geologi . Returluftextraheras genom ventilationsfläktar monterade på ytan. Andra ventilationsmetoder kan användas där insugningsluft också passerar huvudporten och in i en avluftnings- eller bakväg som reducerar gasutsläpp från brödet till ansiktet, eller inloppsluft färdas upp genom bakluckan och över ansiktet i samma riktning som ansiktskedjan i ett homotropalt system.

För att undvika spontan förbränning av kol i brödområdet kan gaser få byggas upp bakom sälar för att utesluta syre från det förseglade brödområdet. Om en goaf kan innehålla en explosiv blandning av metan och syre, kan kväveinjektion/tröghet användas för att utesluta syre eller trycka den explosiva blandningen djupt in i brödet där det inte finns några troliga antändningskällor. Tätningar måste övervakas varje skift av en certifierad gruvövervakare för skador och läckage av skadliga gaser.

Utrustning

Hydrauliska block

Ett antal hydrauliska uttag , kallade drivna takstöd, block eller skärmar, som vanligtvis är 1,75 m breda och placerade i en lång linje, sida vid sida i upp till 400 m (1300 fot) i längd i ordning för att stödja taket på kolytan. En individuell chock kan väga 30–40 ton, sträcka sig till en maximal klipphöjd på upp till 6 m (20 fot) och ha en avkastning på 1000–1250 ton vardera och hydrauliskt gå fram 1 m (3 ft 3 in) vid en tid.

Hydrauliska block, transportband och klippare

Kolet skärs från kolytan av en maskin som kallas klipparen (kraftlastare). Denna maskin kan normalt väga 75–120 ton och består av en huvudkropp, som innehåller de elektriska funktionerna, dragmotorerna för att flytta klipparen längs kolytan och pumpenheter (för att driva både hydrauliska funktioner och vattenfunktioner). I vardera änden av huvudkroppen monteras avståndsarmarna som kan varieras vertikalt uppåt med hjälp av hydrauliska kolvar och på vilka är monterade skjuvtrummorna som är försedda med 40–60 skärplockare. Inom räckviddarmarna finns mycket kraftfulla elmotorer (vanligtvis upp till 850 kW) som överför sin kraft genom en serie lagringsdon i kroppen och genom armarna till trummonmonteringsplatserna vid de yttersta ändarna av sträckarmarna där skärningen trummor är. Skärtrummorna roteras med en hastighet av 20–50 varv/min för att skära mineralet från kolsömmen.

Chocks ger stöd för att låta klipparen arbeta

Skäraren bärs längs ansiktets längd på den pansrade ansiktstransportören (AFC); med hjälp av ett kedjefritt transportsystem, som påminner om ett robust och tandhjulssystem speciellt utvecklat för gruvdrift. Före de kedjelösa åkerierna var transportsystem med kedja populära, där en tung kedja kördes längs kolytans längd för att klipparen kunde dra sig själv. Skäraren rör sig med en hastighet av 10–30 m/min (33–98 fot/min) beroende på skärförhållanden.

AFC är placerad framför de drivna takstöden, och skjuvverkan av de roterande trummorna som skär in i kolsömmen sönderfaller kolet, vilket laddas på AFC. Kolet avlägsnas från kolytan med en skrapkedjetransportör till huvudporten. Här laddas det på ett nätverk av transportband för transport till ytan. Vid huvudporten reduceras kolet vanligtvis i storlek i en kross och laddas på det första transportbandet av balkstegslastaren (BSL).

När klipparen tar bort kolet, snurras AFC bakom klipparen och de drivna takstöden går framåt i det nyskapade hålrummet. När gruvdriften fortskrider och hela långväggen fortskrider genom sömmen, ökar brödet. Denna goaf kollapsar under vikten av de överliggande skikten. Skikten ungefär 2,5 gånger tjockleken på kolsömmen som avlägsnas kollapsar och bäddarna ovan sätter sig på den kollapsade brödet. Denna kollaps kan sänka ythöjden och orsaka problem som att ändra flodernas lopp och allvarligt skada byggnadsgrunder.

Jämförelse med rum och pelarmetod

Longwall och rums- och pelarmetoder för gruvdrift kan båda användas för att bryta lämpliga underjordiska kolsömmar. Longwall har bättre resursåtervinning (ca 80% jämfört med ca 60% för rum och pelaren metod), färre taket och som förbrukningsvaror behövs, högre volym kol klareringssystem, minimal manuell hantering och säkerhet för gruvarbetarna förstärks av det faktum att de är alltid under de hydrauliska takstöden när de utvinner kol.

Automatisering

Longwall mining har traditionellt varit en manuell process där inriktning av ansiktsutrustningen gjordes med stränglinjer. Tekniker har utvecklats som automatiserar flera aspekter av gruvverksamheten, inklusive ett system som riktar ansiktet på den nedåtgående långväggspanelen vinkelrätt mot grindvägarna.

I korthet används utgångar för tröghetsnavigationssystem i en beräkning av döda räkningar för att uppskatta klipparens positioner. Optimala Kalman -filter och -utjämnare kan appliceras för att förbättra uppskattningarna av döda räkenskaper innan långväggsutrustningen flyttas efter varje skjuvning. Förväntningsmaximeringsalgoritmer kan användas för att uppskatta det okända filtret och jämnare parametrar för att spåra longwall-klipparens positioner.

Jämfört med manuell kontroll av gruvutrustningen ger det automatiserade systemet förbättrade produktionshastigheter. Förutom produktivitetsvinster leder automatisering av långväggsutrustning till säkerhetsfördelar. Kolytan är ett farligt område eftersom metan och kolmonoxid är närvarande, medan området är varmt och fuktigt eftersom vatten sprutas över ansiktet för att minimera sannolikheten för gnistor när klipparen väljer sten. Genom att automatisera manuella processer kan ansiktsarbetare avlägsnas från dessa farliga områden.

Miljöpåverkan

Som med många gruvtekniker är det viktigt att ta hänsyn till de lokala och regionala miljöpåverkan från longwall mining.

Sänkbarhet

Longwall gruvan sättningar (LWMS) är en mänsklig process som har många ekologiska och miljömässiga effekter, särskilt på jordhälsa och vattenrörelse i en region där LWMS är kraftigt gjort. Detta är viktigt att tänka på eftersom vissa långvägsgruvor kan sträcka sig över flera kilometer. Med detta sagt kan hydrologiska flödessystem, rotsystem från träd och vegetativa arter drabbas av att mängden jord tas bort under dem, och dessa påfrestningar leder till ytorosion.

Övergivna gruvor är också ett problem när det gäller områden där bostadsutveckling har flyttat in. Hus som uppförts nära övergivna långväggsgruvor står inför hotet om framtida skador från sjunkhål och dålig markkvalitet, även upp till trettio år efter att min övergavs.

Eftersom långväggsbrytning är mycket lång kan den påverka områden på över 200 tunnland (81 ha). Under dessa största sträckor har det observerats att långväggsgruvor som ligger under bergssidorna visar mer synlig nedsänkning i bergslandskap än vad det gör för dallandskap.

Det har förekommit fall av nedsänkta ytor som förändrat landskapet ovanför gruvorna. Vid Newstan Colliery i New South Wales , Australien "har ytan sjunkit med så mycket som fem meter på platser" ovanför en flernivågruva. I vissa fall orsakar sjunkningen skador på naturliga egenskaper som dränering till vattendrag eller konstgjorda strukturer som vägar och byggnader. " Douglas Park Drive var stängd i fyra veckor eftersom långväggspaneler ... destabiliserade vägen. År 2000 slutade statsregeringen att bryta när den kom inom 600 meter från tvillingbroarna. Ett år senare rapporterades det om 40-centimeters mellanrum på vägen, och bron måste jackas i sidled för att justera den. "

En geoteknisk rapport från 2005 på uppdrag av NSW RTA varnar för att "nedsänkning kan ske plötsligt och inträffa under många år".

Det finns dock flera gruvor som lyckades brytas med liten eller ingen mätbar ytsänkning inklusive gruvor under sjöar, hav, viktiga vattenavrinningsområden och miljövänliga områden. Sänkningen minimeras genom att öka blockets intilliggande kedjestödsbredder, minska extraherade blockbredder och höjder och genom att ta hänsyn till täckningsdjupet samt kompetens och tjocklek på överliggande skikt.

Brytning och vattenkvalitet

Longwall -gruvdrift kan resultera i geologiska störningar i bergbädden och kan i sin tur påverka vattenrörelsen och resultera i att vatten rör sig bort från ytan, genom det gruvade området och in i vattendragaren . En resulterande förlust av ytvatten kan negativt påverka flodens ekosystem.

Ovanpå detta, om det finns närvarande dammar i närheten av gruvplatsen för långväggar, kan detta dubbla påverka ekosystemen vid floden eftersom det skulle ha en minskad inflödeshastighet samt förlusten av den underliggande bergbrottet.

Från och med 2014 vidtogs åtgärder av den australiensiska regeringen för att mildra vattenpåverkan från longwall mining. Lagstiftande församlingar har krävt åtgärder för att förbättra mininfrastrukturen för att minimera störningar.

Som ett resultat av berggrundens sprickbildning från gruvdrift under vatten som sjöar eller floder har det skett grundvattenförluster i varierande omfattning. Gruvor inom några hundra meter från ytan är mottagliga för att ta emot stora tillförsel av vatten från dessa kroppar. Efter att gruvstörningar stör det naturliga landskapet nära gruvorna kan de naturliga vattenflödesvägarna omdirigeras vilket resulterar i ytterligare erosion över en bäck eller flodbank. Ytterligare gruvdrift i koncentrerade områden flyttar kontinuerligt dessa vattenflödesvägar, vilket tar år att återgå till sina ursprungliga tillstånd.

Ekosystemets påverkan

Många ekosystem förlitar sig på den årliga konsistensen av vatteninmatningar och utgångar, och att störa dessa mönster kan resultera i ohållbara förhållanden för arter som är beroende av vatten för arters reproduktion. Longwall -gruvdrift kan också resultera i lokal förändring av vattentemperaturen, vilket stimulerar algblomning som kan utnyttja tillgängligt syre som krävs för andra arters hälsa.

Longwall -gruvdrift har begränsad tillgänglig forskning om effekterna av närliggande skogar, men framväxande satellitbilder har visat möjliga samband med torrare ytjord nära regioner där longwall -gruvdrift nyligen har skett. Förutom torrare jord har fuktskogen i skogen minskat.

Gasutsläpp

Longwall -gruvor har observerats för att släppa ut metangas , en vanlig växthusgas i miljön, men ökningen av en typisk långväggsgruva från 200 till 300 meter (660 till 980 fot) visade sig inte släppa avsevärt mer metan. Metanutsläpp från slutna långvägggruvor kan fortsätta i upp till femton år, men det är möjligt att mäta volymen av potentiella metanutsläpp baserat på vattenflöde i de slutna gruvorna.

I Kanada

Kanada har några av de största kolreserverna i världen, och fram till 2013 hade det inte funnits några longwall -gruvor i Kanada på över 25 år. En gruva öppnades av HD Mining 2015 i British Columbia, vilket orsakade tvister på grund av anställning av utländska arbetare istället för kanadensare och på grund av dess potentiella påverkan på miljön. Denna gruva förväntas ha koldioxidutsläpp på 17 megaton per år; emellertid placerades ett koldioxidlock på den av den kanadensiska federala regeringen för att hålla utsläppen på 500 000 ton per år.

Se även

Anteckningar

externa länkar