Těžba uhlí, těžba uhlí z povrchu Země a z podzemí.
Uhlí je nejhojnějším fosilním palivem na Zemi. Jeho převládající využití bylo vždy pro výrobu tepelné energie. Byl to základní zdroj energie, který podporoval průmyslovou revoluci 18. a 19. století, a průmyslový růst té doby zase podporoval rozsáhlé využívání ložisek uhlí. Od poloviny 20. století si uhlí získalo své místo pro ropu a zemní plyn jako hlavní dodavatel energie na světě. Těžba uhlí z povrchových a podzemních ložisek je dnes vysoce produktivní, mechanizovaná operace.
Dějiny
Starověké využívání výchozového uhlí
Existují archeologické důkazy o tom, že uhlí bylo spáleno v pohřebních věžích během doby bronzové, před 3 000 až 4 000 lety, ve Walesu. Aristoteles zmiňuje uhlí („hořlavá těla“) ve své meteorologice a jeho žák Theophrastus také zaznamenává jeho použití. Římané v Británii spálili uhlí před rokem 400; Popelky byly nalezeny mezi troskami římských vil a měst a podél římské zdi, zejména v Northumberlandu, poblíž výchozů uhelných slojí. Indi Hopi, co je dnes jihozápadním Spojeným státem, těžili uhlí tím, že si vybrali a seškrábali a použili ho k vytápění, vaření a v slavnostních komorách již ve 12. století. ve 14. století jej používali průmyslově v hrnčířství. Marco Polo hlásí jeho použití jako rozšířený v Číně 13. století. Kniha Domesday (1086), která v Anglii zaznamenala vše, co má z ekonomického hlediska význam, neuvádí uhlí. První londýnské uhlí dorazilo po moři v roce 1228 z oblastí Fife a Northumberland, kde shluky žen a dětí shromáždily hrudky rozdrcené z podmořských výběžků a omývané na břehu vlnou. Poté bylo jméno mořské uhlí použito na veškeré bituminózní uhlí v Anglii. Později ve století začali mniši těžit na severu Anglie.
Vývoj v oblasti těžby
Hřídele
Kromě Číňanů, kteří možná těžili uhlí pod zemí, byly všechny dřívější uhelné švy zpracovávány z povrchu v plně odkrytých výběžcích. V pozdějším středověku však vyčerpání východního uhlí na mnoha místech přinutilo změnu z povrchové na podzemní nebo šachtovou těžbu. Rané šachtové doly byly jen o málo více než studny rozšířené, stejně jako se horníci odvážili čelit nebezpečí kolapsu. Hřídele byly potopeny na vysokém terénu s štoly - blízko horizontálních tunelů - pro odvodnění vedené do strany kopce. V Anglii byly některé mělké důlní šachty vyčerpány již ve 14. století, takže bylo nutné jít hlouběji a rozšířit těžbu na dně šachty. Zůstaly malé operace; záznam 1684 ukazuje 70 dolů poblíž Bristolu, zaměstnávající 123 pracovníků. Větší hloubka způsobila mnoho problémů. Za prvé, voda už nemohla být jednoduše vypuštěna. Byly navrženy hrubé metody, které ji zvedly na povrch. Zařízení kbelíku a řetězu bylo nejprve poháněno muži a později koňmi; trubkou byl natažen souvislý pás kruhových desek. Pro čerpadla byly použity větrné mlýny. Šachty však musely být omezeny na hloubky 90 až 105 metrů (300 až 350 stop) a poloměr těžby 180 metrů. Teprve v roce 1710 byl problém s vodou vyřešen parním atmosférickým motorem Thomase Newcomena, který dodával levný a spolehlivý zdroj energie pro vertikální pístové zvedací čerpadlo.
Zvedání
Zvyšování uhlí samo o sobě bylo dalším problémem. Pracovní síla, provozující větrný mlýn, byla nahrazena výkonem koní; a jak šachty šly hlouběji, přidalo se více koní. U Whitehavenu v roce 1801 bylo uhlí vyzdviženo 180 metrů čtyřmi koňmi v poměru 42–44 metrických tun (46–48 tun) za devět hodin. Zavedení parního stroje do těžby uhlí bylo pro průmysl významným zlomem. Okolo roku 1770 byly úspěšně vyzkoušeny malé větrné mlýny poháněné párou. Kolem roku 1840 byla první klec použita ke zvednutí naloženého automobilu; a od roku 1840 byly pokroky v technikách těžby uhlí rychlé.
Větrání
Přítomnost škodlivých a hořlavých plynů přiměla horníky, aby rozpoznali kritický význam ventilace v uhelných dolech od nejranějších dnů. Přirozené větrání bylo zajištěno hladinovými drenážními tunely poháněnými ze svažitého povrchu pro spojení s šachtou. Povrchové komíny nad šachtou zvyšovaly účinnost ventilace; jejich používání pokračovalo v malých dolech až do počátku 20. století. Nejspolehlivější metodou před zavedením ventilátorů bylo použití pece na dně šachty nebo na povrchu. Přes nebezpečí požáru a výbuchu začátkem 20. století stále fungovalo velké množství pecí, přinejmenším v těžkých dolech.
Osvětlení s otevřeným plamenem však bylo mnohem běžnější příčinou výbuchu až do zavedení bezpečnostní lampy Davy (asi 1815), ve které je plamen uzavřen ve dvojité vrstvě drátěné gázy, která zabraňuje vznícení hořlavých plynů ve vzduchu dolu. Přítomnost silných vzdušných proudů však učinila dokonce i Davyho lampu nebezpečnou.
Rotační ventilační ventilátory byly představeny v dolech v 18. století. Původně ze dřeva a poháněné párou, byly vylepšeny v průběhu 19. a 20. století zavedením ocelových listů, elektrické energie a aerodynamicky účinných tvarů čepelí.
Od manuální k mechanizované extrakci
Konvenční těžba
Brzy evropští horníci vyřadili uhlí ze švu nebo jej roztrhnutím vybrali. Po zavedení výbušnin bylo stále nutné podřezat uhelný šev ručním nářadím. Nástup páry, stlačeného vzduchu a elektřiny přinesl úlevu od této těžké a nebezpečné práce. V roce 1868, po téměř 100 letech pokusů a omylů, byl v Anglii představen komerčně úspěšný řezač kotoučů pro podbízení uhelného sloje. Tento první poháněný řezný nástroj byl brzy vylepšen zavedením stlačeného vzduchu jako zdroje energie místo páry. Později byla použita elektřina. Longwall cutter byl představen v roce 1891. Původně poháněn stlačeným vzduchem a později elektrifikován, mohl začít na jednom konci dlouhé plochy (svislý, exponovaný průřez sloje uhlí) a řezat nepřetržitě na druhý.
Rozvoj nepřetržité těžby
Výše popsané konvenční důlní techniky, tvořené cyklickými operacemi řezání, vrtání, tryskání a nakládání, byly vyvinuty ve spojení s těžbou v místnostech a sloupech. Nejstarší ze základních podzemních metod, těžba v místnostech a sloupech, přirozeně vyrostla z potřeby získat více uhlí, protože těžba byla stále hlubší a dražší. Během pozdních čtyřicátých let minulého století začaly konvenční techniky nahrazovat jednotlivé stroje, známé jako kontinuální horníci, které oddělovaly uhlí ze švu a přenesly ho zpět do přepravní soustavy. Joy Ripper (1948) byl první kontinuální horník použitelný pro metodu pokoj a sloup.
Počátky těžby longwallů
Další hlavní metoda moderní těžby, longwall těžba, byl představen již v 17. století a našel obecné použití v 19. století, ale to bylo dlouho méně produktivní než místnost-a-pilíř těžba. To se začalo měnit ve 40. letech 20. století, kdy německý Wilhelm Loebbe vyvinul kontinuální systém zahrnující „pluh“. Pluh protáhl tvář uhlí a vedl jej trubkou na čelní straně segmentového dopravníku. Pluh vyřezal ránu ze spodní části švu. Dopravník se vrhl na obličej za postupujícím pluhem, aby zachytil uhlí, které se odštěpilo z horního díru. Systém Loebbe, který se podstatně snížil na uhelném povrchu (s výjimkou toho, co bylo zapotřebí k instalaci podpory střechy), se rychle stal populárním v Německu, Francii a v nízkých zemích.
Samotný pluh měl omezené použití v britských dolech, ale výkonně pokročilý segmentový dopravník se tam stal základní součástí zařízení a v roce 1952 byl představen jednoduchý kontinuální stroj zvaný stříhací stroj. Střihač, který byl obepínán podél obličeje kolem dopravníku, nesl řadu kotoučů vybavených hroty na jejich obvodech a namontovaných na hřídeli kolmém na obličej. Otáčející se kotouče vyřezávaly plátek z uhlí, když byl stroj tažen, a pluh za strojem vyčistil veškeré uhlí, které spadlo mezi čelo a dopravník.
Střecha
Technika opory střechy pomocí skalního kotvení se stala běžnou na konci čtyřicátých let minulého století a udělala mnoho pro to, aby poskytla nerušený pracovní prostor pro těžbu v místnosti a sloupu, ale byla to pracná a pomalá operace, která zabránila těžbě stěn v realizaci jejího potenciálu. V pozdních padesátých létech, nicméně, poháněl, self-postupující střešní podpory byly představeny Brity. Jednotlivě nebo ve skupinách by mohly být tyto podpěry, připevněné k dopravníku, hydraulicky spuštěny, posunuty a resetovány na střechu, čímž by poskytovaly volný prostor pro vybavení (mezi uhelnou stěnou a první řadou zvedáků) a baldachýnem cesta pro horníky (mezi první a druhou řadou zvedáků).
Nákladní doprava
Ruční práce na elektrickou energii
V prvních šachtových dolech bylo uhlí naloženo do košů, které byly neseny na zádech mužů nebo žen nebo naloženy na dřevěných saních nebo tramvajích, které byly poté tlačeny nebo odvezeny hlavní dopravní cestou ke dnu šachty, aby byly zavěšeny na zdvihacích lanech nebo řetězy. V driftových a svahových dolech bylo uhlí těmito a podobnými metodami přivedeno přímo na povrch. Sáně táhly nejprve muži a později zvířata, včetně mezků, koní, volů a dokonce i psů a koz.
Parní lokomotivy navržené Richardem Trevithickem byly použity v polích jižního Walesu a Tyne a později v Pensylvánii a Západní Virginii, ale vytvářely příliš mnoho kouře. Provoz lokomotiv na stlačený vzduch, který se objevil v 80. letech 20. století, se ukázal jako nákladný. Elektrické lokomotivy, představené v roce 1887, se rychle staly populárními, ale mezky a koně stále pracovaly v některých dolech až ve 40. letech 20. století.
Mechanizované nakládání
Ruční nakládání rozbitého uhlí do železničních vozů bylo na začátku 20. století zastaralé mobilními nakladači. Stanley Header, první stroj na nakládání uhlí používaný ve Spojených státech, byl vyvinut v Anglii a testován v Coloradu v roce 1888. Jiné byly vyvinuty, ale jen málo pokročilo za prototypovou fázi, dokud nebyl stroj Joy představen v roce 1914. Zaměstnání -jiným principem byl stroj Joy vzorem pro budoucí úspěšné mobilní nakladače. Po zavedení v roce 1938 elektricky poháněných, gumově unavených raketoplánů určených k přepravě uhlí z nakládacího stroje do výtahu, mobilní nakládka a přeprava rychle nahradila kolejovou přepravu před doly v místnostech a sloupech.
Dopravníky
V roce 1924 byl dopravní pás úspěšně použit v antracitovém dole v centru Pensylvánie k přepravě uhlí ze skupiny pokojových dopravníků do řetězce aut při vstupu do dolů. Do šedesátých let téměř všechny pásy téměř úplně nahradily železniční vozy za meziměstskou přepravu.
