Rudarstvo, vađenje ležišta s površine zemlje i iz podzemlja.
Ugljen je najobilnije fosilno gorivo na Zemlji. Njegova pretežna upotreba uvijek je bila za proizvodnju toplinske energije. Bio je to osnovni izvor energije koji je podstaknuo industrijsku revoluciju 18. i 19. stoljeća, a industrijski rast tog doba zauzvrat je podržao široku eksploataciju ležišta uglja. Od sredine 20. stoljeća, ugljen je ustupio svoje mjesto nafti i prirodnom plinu kao glavnom svjetskom dobavljaču energije. Iskopavanje ugljena iz površinskih i podzemnih ležišta danas je vrlo produktivna, mehanizirana operacija.
Povijest
Antička upotreba ugljena koji izviruje
Postoje arheološki dokazi da je ugljen izgaran u pogrebnim rudnicima tijekom brončanog doba, prije 3.000 do 4.000 godina, u Walesu. Aristotel spominje ugljen ("zapaljiva tijela") u svojoj Meteorologici, a njegov učenik Theophrastus također bilježi njegovu upotrebu. Rimljani u Britaniji spalili su ugljen prije 400. godine; pronađeni su cindri među ruševinama rimskih vila i gradova i uz rimski zid, posebno u Northumberlandu, u blizini izdanaka ugljenih šavova. Indijanci Hopi koji su danas na jugozapadu Sjedinjenih Država iskopavali su ugljen skupljajući i strugajući i koristili su ga za grijanje, kuhanje i u ceremonijalnim komorama još u 12. stoljeću; u 14. stoljeću industrijski su je koristili u lončarstvu. Marco Polo izvijestio je kako je njegova upotreba raširena u Kini iz 13. stoljeća. Knjiga Utorak (1086.), koja je zabilježila sve ekonomske vrijednosti u Engleskoj, ne spominje ugljen. Londonski prvi ugljen stigao je morskim putem 1228. godine iz područja Fife i Northumberlanda gdje su žene i djeca skupili grudice razbijene od istjecanja podmornice i izbačene na obalu. Nakon toga, naziv morski ugljen primijenjen je na sav bituminozni ugljen u Engleskoj. Kasnije u stoljeću, redovnici su počeli iskopavati istrebljenja na sjeveru Engleske.
Događanja u ulaganju u minsko
vratila
Osim Kineza, koji su možda iskopavali ugljen pod zemljom, svi rani šavovi ugljena obrađeni su s površine, u potpuno izloženim istjecanjima. U kasnijem srednjem vijeku, međutim, iscrpljivanje ugljena na mnogim mjestima prisililo je promjenu s površinskog na podzemno ili na osovinu. Rudnici ranih osovina bili su nešto više od bunara koji su se proširili onoliko koliko su se rudari usudili suočeni s opasnošću od urušavanja. Osovine su bile potopljene na visokom tlu, s dodacima - gotovo vodoravnim tunelima - za odvodnju odvezenu u stranu brda. U Engleskoj su neke plitke rudarske osovine bile iscrpljene već u 14. stoljeću, zbog čega je bilo potrebno produbiti dublje i proširiti miniranje na dnu osovina. To su bile male operacije; zapis iz 1684. pokazuje 70 rudnika u blizini Bristola, u kojima su zaposleni 123 radnika. Veća dubina stvorila je mnoge probleme. Prvo, voda se više nije mogla jednostavno odvoditi. Sirove metode su osmišljene kako bi se isti podignuo na površinu. Uređaj s lancima i lancima prvi su napajali ljudi, a kasnije i konji; kroz cijev je provučen kontinuirani pojas kružnih ploča. Vjetrenjače su korištene za crpke. No, osovine su se morale ograničiti na dubine od 90 do 105 metara (300 do 350 stopa) i radijus rudarstva od 180 metara. Tek 1710. problem s vodom ublažio je parni atmosferski motor Thomas Newcomen, koji je dobavljao jeftin i pouzdan izvor energije za okomitu pomičnu pumpu za podizanje.
isticanje
Sam porast ugljena bio je još jedan problem. Manpower, upravljajući vjetrobranskim staklom, zamijenjen je konjskim snagama; i što su osovine sve dublje dodavale su se više konja. U Whitehavenu 1801. ugljen su u devet sati uzdigli 180 metara četiri konja brzinom od 42–44 metričke tone (46–48 tona). Uvođenje parnog motora u dizanje ugljena bilo je glavna prekretnica za industriju. Male naočale na parni pogon uspješno su isprobane oko 1770. Oko 1840. prvi je kavez korišten za dizanje opterećenog automobila; i od 1840. godine napredak u tehnikama vađenja ugljena bio je brz.
Ventilacija
Prisutnost štetnih i zapaljivih plinova rudari su od najranijih dana prepoznali kritičnu važnost ventilacije u rudnicima ugljena. Prirodna ventilacija omogućena je odvodnim tunelima koji se vode s nagnute površine da bi se povezali s osovinom. Površinski slojevi iznad osovine povećali su učinkovitost ventilacije; njihova se upotreba nastavila u malim rudnicima sve do početka 20. stoljeća. Najpouzdanija metoda, prije uvođenja ventilatora, bila je upotreba peći na dnu osovine ili na površini. Unatoč opasnosti od požara i eksplozije, još uvijek je u 20. stoljeću djelovao veliki broj peći, barem u rudnicima bez većih opasnosti.
Osvjetljenje otvorenog plamena bilo je, međutim, mnogo češći uzrok eksplozija sve do uvođenja sigurnosne svjetiljke Davy (oko 1815.), u kojoj je plamen zatvoren dvostrukim slojem žičane gaze koji sprečava paljenje zapaljivih plinova u zraku. rudnika. Prisutnost jakih zračnih struja učinila je, čak, i svjetiljku Davy nesigurnom.
Rotacijski ventilacijski ventilatori uvedeni su u rudnike u 18. stoljeću. Izvorno od drva i pogonom parom, poboljšani su tijekom 19. i 20. stoljeća uvođenjem čeličnih lopatica, električne snage i aerodinamički učinkovitih oblika lopatica.
Od ručne do mehanizirane ekstrakcije
Konvencionalno rudarstvo
Rani europski rudari vadili su ugljen iz šava ili ga lomili klinom. Nakon uvođenja eksploziva još uvijek je bilo potrebno podrezati ugljeni sloj ručnim alatom. Pojava pare, komprimiranog zraka i struje donijela je olakšanje od ovog teškog, opasnog posla. 1868. godine, nakon gotovo 100 godina pokušaja i pogrešaka, u Engleskoj je uveden komercijalno uspješan rezač s okretnim kotačima za podcjenjivanje ugljenog šava. Ovaj prvi alat za rezanje s pogonom ubrzo je poboljšan uvođenjem komprimiranog zraka kao izvora energije umjesto pare. Kasnije je korištena električna energija. Rezač za dugotrajne zidove uveden je 1891. Izvorno je pokretan komprimiranim zrakom, a kasnije elektrificiran, mogao je započeti na jednom kraju dugog lica (okomiti, izloženi presjek šava ugljena) i neprekidno seči na drugi.
Razvoj kontinuiranog rudarstva
Konvencionalne metode rudarstva opisane gore, sačinjene od cikličkih operacija rezanja, bušenja, miniranja i utovara, razvijene su u kombinaciji s miniranjem u sobi i stupu. Najstarija osnovna podzemna metoda, miniranje u sobi i stupovima, prirodno je izraslo iz potrebe za obnavljanjem više ugljena kako su rudarske operacije postale dublje i skuplje. Tijekom kasnih četrdesetih godina konvencionalne tehnike počele su zamijeniti pojedinačne strojeve, poznate kao kontinuirani rudari, koji su ugljen odbacivali iz šava i prebacili ga natrag u sustav za prijevoz. Joy Ripper (1948) bio je prvi kontinuirani rudar primjenjiv na metodu sobe i stupa.
Podrijetlo rudarstva dugog zida
Druga glavna metoda suvremenog rudarstva, rudarstvo dugog zida, uvedena je već u 17. stoljeću i našla je općenitu uporabu u 19. stoljeću, ali dugo je bila manje produktivna od rudanja u obliku stola i stupa. To se počelo mijenjati u četrdesetima, kada je kontinuirani sustav koji uključuje „plug“ razvio njemački Wilhelm Loebbe. Prevučen preko cijelog ugljena i vođen cijevima s prednje strane segmentiranog transportera, plug je isklesao trag s dna šava. Transportna traka udarila je u lice iza naprednog pluga da uhvati ugljen koji se cijedio odozdo na cijev. Značajno smanjujući potrebnu radnu snagu na površini ugljena (osim one koja je potrebna za ugradnju krovnog nosača), sustav Loebbe brzo je postao popularan u Njemačkoj, Francuskoj i niskim zemljama.
Sam pluga imao je ograničenu primjenu u britanskim rudnicima, ali je napredni segmentirani transporter postao temeljni dio opreme tamo, a 1952. predstavljen je jednostavan kontinuirani stroj zvan shearer. Provučena uzduž transportne trake, shearer je imao niz diskova s perilicama na perimetru i montiran na osovini okomito na lice. Okretajući se diskovi odrezali su krišku s ugljenog lica dok je stroj povlačen, a plug iza stroja očistio je svaki ugljen koji je pao između lica i transportera.
Nosač krova
Tehnika podupiranja krova vađenjem stijena postala je uobičajena u kasnim četrdesetim godinama prošlog stoljeća i mnogo je pružila neometan radni prostor za miniranje u sobi i stupu, ali to je bio naporan i spor rad koji je spriječio rudarstvo dugog zida da ostvari svoj potencijal. U kasnim pedesetima, međutim, Britanci su uveli energetski napredni krovni nosač. Pojedinačno ili u skupinama, ti nosači, pričvršćeni na transportnu traku, mogu se hidraulično spustiti, napredovati i resetirati na krov, pružajući tako prostor bez opreme (između ugljenog lica i prvog reda dizalica) i nadstrešnica staza za rudare (između prvog i drugog reda dizalica).
prevoznina
Ručni rad na električnu energiju
U prvim rudnicima osovina ugljen se stavljao u košare koje su se prevozile na leđima muškaraca ili žena ili se stavljale u drvene sanjke ili tramvaje koji su potom gurani ili vučeni glavnim kolnikom za vuču do dna osovine kako bi bili obješeni na dizalice ili lanci. U napuštenim i nagibnim rudnicima, ugljen je tim i sličnim metodama doveden izravno na površinu. Tragove su prvo izvlačili ljudi, a kasnije i životinje, uključujući mule, konje, volove, pa čak i pse i koze.
Parne lokomotive koje je dizajnirao Richard Trevithick korištene su u poljima Južnog Walesa i Tynea, a kasnije u Pennsylvaniji i Zapadnoj Virginiji, ali su stvorile previše dima. Lokomotive komprimiranog zraka, koje su se pojavile u 1880-ima, pokazale su se vrlo skupim za uporabu. Električne lokomotive, uvedene 1887. godine, brzo su postale popularne, ali mule i konji još uvijek su radili u nekim rudnicima već od 40-ih.
Mehanizirano utovar
Učitavanje ručnog ugljena u vagone ručno je postalo zastarjelo pokretnim utovarivačima. Stanley Header, prva mašina za punjenje ugljena koja se koristi u Sjedinjenim Državama, razvijena je u Engleskoj i testirana u Koloradu 1888. Ostali su razvijeni, ali malo je napredovalo dalje od faze prototipa sve dok nije uveden stroj Joy 1914. Zapošljavajući skup - Princip oružja, Joy stroj pružao je obrazac za buduće uspješne mobilne utovarivače. Nakon uvođenja 1938. gumenih šatl-automobila na električni pogon, dizajniranih za prijevoz ugljena iz utovarivača do dizala, pokretni utovar i teretna vozila brzo su zamijenili teretna kolosijeka ispred rudnika soba i stupa.
transporteri
Prijenosna traka 1924. godine uspješno je korištena u rudniku antracita u središnjoj Pensilvaniji za prijevoz ugljena iz grupe sobnih transportera do niza automobila na ulazu u rudnik. Do šezdesetih godina prošlog vijeka remeni su gotovo u potpunosti zamijenili tračnice za u međuvremenu.
