Кіріспе
Жер асты көмір өндірудің түрі. Ұзын қабырғалы өндіру – жер асты көмір өндірудің бір түрі, онда көмірдің ұзын қабырғасы бір тілімде (әдетте қалың) өндіріледі. Қазылатын тау жынысы бөлігі, ұзын қабырға панелі деп аталады, әдетте ұзын, бірақ ұзындығы және ені болуы мүмкін.
Longwall mining is a form of underground coal mining where a long wall of coal is mined in a single slice (typically thick). The section of rock that is being mined, known as the longwall panel, is typically long, but can be up to long and wide.
Тарих
Ұзын қабырғалы тау-кен өндірісінің негізгі идеясы Англияда 17 ғасырдың соңында дамыған, бірақ бұл өнеркәсіптік дәуірге дейін 14 ғасырда Солтүстік-Шығыс Аризонаның Хопи халқы қолданған ұқсас техникамен күткен болуы мүмкін. Шахташылар көмір қабатының ені бойымен көмірді астынан кесіп, құлаған кезде көмірді алып тастап, ал көмір қабатының артындағы төбе құлауын бақылау үшін ағаш тіректерді пайдаланған. Бұл Шропшир тау-кен өндірісі әдісі деп аталды. Технология көп өзгергенмен, негізгі идея сол күйінде сақталды: кең көмір қабатынан барлық көмірді алып тастау, төбе мен үстіндегі тау жынысының артындағы кеңістікке құлауына мүмкіндік беру, сонымен бірге шахтерлер үшін қабат бойымен қауіпсіз жұмыс жағдайын сақтау. 1900 жылдардың басынан бастап осы әдіске механикаландыру енгізілді. 1940 жылы кейбір мамандар ұзын қабырғалы тау-кен өндірісін осы процесте қолданылатын ең маңызды машинаның атымен – «конвейерлік әдіс» деп атады. Бұрынғы ұзын қабырғалы тау-кен өндірісінен айырмашылығы, көмір қабатына параллель конвейерлік лентаның қолданылуы қабатты түзу сызық бойымен дамытуға мәжбүр етті. Басқа қолданылған құралдар – көмір қабатын астынан кесуге арналған электр кескіші және қабатты түсіруге арналған электр бұрғылары. Қабат құлатылғаннан кейін, көмірді конвейерге тиеу және төбе құлауын бақылау үшін ағаш тіректерді орнату жұмыстары қолмен орындалды. Мұндай қарапайым технологиялық ұзын қабырғалы шахталар 1970 жылдарға дейін жұмыс істеді. Оның ең белгілі мысалы – Айова штатының Центервилл қаласының жанындағы Нью-Гладстон кеніші, «Америка Құрама Штаттарындағы соңғы қабатты жылжытатын ұзын қабырғалы шахталардың бірі». Бұл ұзын қабырғалы шахта конвейерлік лентаны пайдаланбады, оның орнына көмірді беттен төбеге жеткізу үшін понилерді (шағын жылқылар) қолданды, онда көтергіш көмірді жер бетіне көтерді. Ұзын қабырғалы тау-кен өндірісі ескі бөлме және тіреулі кен орындарындағы соңғы кезең ретінде кеңінен қолданылды. Осыған байланысты ұзын қабырғалы тау-кен өндірісі кері қашудың бір түрі ретінде жіктеледі.
Орналасу
Ұзын қабырғалы кен қазу басталғанға дейін қақпа жолдары әр панельдің артқы жағына дейін салынады. Блоктың бір жағындағы қақпа жолы басты қақпа немесе бас қақпа деп аталады; екінші жағындағы жол – артқы қақпа деп аталады. Көмір қалыңдығы мүмкіндік берген жағдайда, бұл қақпа жолдары бұрын үздіксіз кен қазу машиналарымен дамытылады, себебі ұзын қабырғаның өзі бастапқы дамуға қабілетсіз. Лонгволдың орналасуы "ілгерілеу" немесе "кері шегіну" типінде болуы мүмкін. Ілгерілеу типінде қақпа жолдары көмір қабырғасы ілгері жылжығанда қалыптасады. Жұқа қабаттарда ілгерілеу типіндегі ұзын қабырғалы кен қазу әдісі қолданылуы мүмкін. Кері шегіну типінде панель оларды байланыстыратын қабырға болып табылады. Тек басты қақпа жолы ғана қабырғадан бұрын салынады. Артқы қақпа жолы көмір қабырғасының артында көмір биіктігінен артық тас алып тастау арқылы, жүруге жеткілікті биіктіктегі жол жасау үшін қалыптасады. Ұзын қабырғалы жабдықты қамтитын блоктың соңы қабырға деп аталады. Блоктың екінші шетінде әдетте шахтаның басты жолдарының бірі орналасқан. Ұзын қабырғаның артындағы кеңістік – гоаф, гофф немесе гоб деп аталады.
Желдету
Әдетте, (таза) ауа негізгі қақпадан жоғары өтіп, қабырғасынан, содан кейін "U" типті желдету деп аталатын құйрық қақпасынан төмен қарай жылжып өтеді. Қабырғадан өткеннен кейін ауа енді таза болмайды, ол көмір шаңы мен метан, көмірқышқыл газы сияқты кен газдарын алып жүретін қайта ауа болады, бұл көмірдің геологиялық құрамына байланысты. Қайта ауа желдеткіштер арқылы сыртқа шығарылады, бұл желдеткіштер жер бетіне орнатылған. Басқа желдету әдістерін де қолдануға болады, мысалы, таза ауа негізгі қақпадан өтіп, қан шығару немесе кері қайту жолына түсіп, қабырғаға газ шығуын азайтады, немесе таза ауа құйрық қақпадан жоғары көтеріліп, қабырға бойымен тізбектің бағытымен бірдей бағытта жылжып өтеді. Көмірдің қаптама аймағында өздігінен жануын болдырмау үшін, газдарды тұтқындардың артына жинақтауға рұқсат етіледі, осылайша тұтқырланған қаптама аймағынан оттегі алынып тасталады. Егер қаптамада метан мен оттегінің жарылғыш қоспасы болуы мүмкін болса, азот инъекциялау/инерттеу арқылы оттегін алып тастауға немесе жарылғыш қоспаны тұтану көздері жоқ қаптаманың тереңіне итеруге болады. Тұтқындарды әр ауысымда сертификатталған шахта бастығы зақымдану және зиянды газдардың ағып кетуіне қадағалауы тиіс.
Жабдық
Көмір қабатының шатырын қолдау үшін, әдетте кең және ұзын тізбектей орналасқан, бірін-біріне жақын орналасқан, ұзындығы шамамен бірнеше метрге жететін, қуатты шатыр тіректері, шұңғымалар немесе қалқандар деп аталатын бірнеше гидравликалық тіректер қолданылады. Жеке тіректің салмағы 30–40 тоннаны құрайды, максималды кесу биіктігіне дейін созылуы мүмкін, әрқайсысының көтергіштік қабілеті 1000–1250 тоннаға жетеді және бір мезгілде гидравликалық түрде алға жылжуға қабілетті. Көмір қабатынан көмірді кесу үшін кескіш (қуатты жүктеуші) деп аталатын машина қолданылады. Бұл машинаның салмағы әдетте 75–120 тоннаны құрайды және электрлік функцияларды, кескішті көмір қабаты бойымен жылжытуға арналған жетекші қозғалтқыштар мен гидравликалық және су функцияларын қамтамасыз етуге арналған сорғылар орналасқан негізгі корпустан тұрады. Негізгі корпустың екі шетінде гидравликалық цилиндрлердің көмегімен тік бойымен жоғары-төмен қозғалатын және 40–60 кесу тілімдері орнатылған аумақтық қолдар бекітілген. Аумақтық қолдардың ішінде өте қуатты электр моторлары (әдетте 850 кВт-қа дейін) орналасқан, олар өз күшін дене арқылы және қолдар арқылы аумақтық қолдардың шеткі ұштарындағы кесу барабандары орналасқан жерге жеткізеді. Кесу барабандары минералды көмір қабатынан кесу үшін 20–50 айналым/мин жылдамдықпен айналады. Кескіш зымыранымен қоршалған конвейерде (АФК) көмір қабатының бойымен жылжытылады; ол тау-кен өндірісі үшін арнайы жасалған, тізбексіз жүйеге ұқсайтын, күшті тісті дөңгелек жүйесін пайдаланады. Тізбексіз жүйелерге дейін, кескіштің өзін тартуы үшін көмір қабатының бойымен ауыр тізбек жүргізілетін тізбекті жүйелер кең таралған. Кескіш кесу жағдайларына байланысты белгілі бір жылдамдықпен қозғалады. АФК қуатты шатыр тіректерінің алдына орналастырылады, ал айналатын барабандардың кесу әрекеті көмір қабатын бөлшектеп, көмірді АФК-ге тиейді. Көмір негізгі қақпаға дейін сыпыру тізбекті конвейер арқылы көмір қабатынан шығарылады. Мұнда ол жер бетіне тасымалдау үшін конвейерлік белдеулер желісіне тиеледі. Негізгі қақпада көмір әдетте ұсақтағышта мөлшері кішірейтіліп, алғашқы конвейерлік белдеуге сәулелі сатылы жүк тиегіш (BSL) арқылы тиеледі. Кескіш көмірді алып тастағанда, АФК бұрылып кескіштің артынан және қуатты шатыр тіректері жаңадан пайда болған қуысқа жылжып кіреді. Тау-кен жұмыстары прогреске шалғанда және бүкіл ұзын қабырға тігіс арқылы өтетіндей болғанда, қазылған кеңістік көлемі артады. Бұл қазылған кеңістік үстіндегі қабаттардың салмағынан құлайды. Құлаған қазылған кеңістікке шамамен 2,5 есе көмір қабатының қалыңдығынан артық қабаттар құлайды және жоғарыдағы қабаттар құлаған кеңістікке орналасады. Мұндай құлау жер бетінің биіктігін төмендетіп, өзендердің бағытын өзгерту және ғимараттардың іргетасына зиян келтіру сияқты проблемаларды тудыруы мүмкін.
Бөлмелік және бағаналық әдіспен салыстыру
Ұзақ қабырға және бөлме-бағана әдістері жарамды жер асты көмір қабаттарын өндіру үшін қолданылуы мүмкін. Ұзақ қабырға ресурстарды жақсырақ қалпына келтіреді (бөлме-бағана әдісімен салыстырғанда шамамен 80%, ал бөлме-бағана әдісі шамамен 60%), төбе тіреуіне қажетті материалдардың азаюы, көмірді тазарту жүйелерінің жоғары көлемі, қолмен жұмыс істеудің ең аз мөлшері және шахтерлердің қауіпсіздігі олар көмірді қазып алу кезінде әрқашан гидравликалық төбе тіреуінің астында болуымен арттырылады. Күту-максимизациялау алгоритмдері ұзақ қабырға кескішінің орналасуын қадағалау үшін белгісіз сүзгі және тегістеу параметрлерін бағалау үшін пайдаланылуы мүмкін. Кен жабдықтарын қолмен басқарумен салыстырғанда, автоматтандырылған жүйе өндіріс деңгейін жақсартады. Өнімділікті арттыруға қоса, ұзақ қабырға жабдықтарын автоматтандыру қауіпсіздікті де арттырады. Көмір қабаты метан және көміртек тотығы бар қауіпті аймақ, сонымен қатар ол ыстық және ылғалды, себебі кескіш тасқа тигенде ұшқын пайда болу мүмкіндігін азайту үшін бетке су шашыратылады. Қолмен атқарылатын процестерді автоматтандыру арқылы беттегі жұмысшыларды осы қауіпті аймақтардан шығаруға болады.
Қоршаған ортаға әсері
Көптеген кен өндіру тәсілдері сияқты, ұзын қабырғалы кен өндірісінің жергілікті және аймақтық қоршаған ортаға тигізетін әсерін қарастыру маңызды.
Батуы
Ұзақ қабырғалы шахтаның құлдырауы (LWMS) – антропогендік процесс, ол көптеген экологиялық және қоршаған ортаға тигізетін әсерлерге ие, әсіресе LWMS кеңінен таралған аймақтарда топырақтың саулығы мен су ағынына. Бұл маңызды, себебі кейбір ұзақ қабырғалы шахталар бірнеше километрге созылуы мүмкін. Гидрологиялық ағын жүйелері, ағаштардың тамыр жүйелері және өсімдік түрлері олардың астынан алынатын топырақ көлемінен зардап шегеді, және осы стрестер жер бетінің эрозиясына алып келеді. Тасталып қалған шахталар да тұрғын үйлер салынып жатқан аймақтарда мәселе тудырады. Тасталып қалған ұзақ қабырғалы шахталардың жанында салынған үйлер, шахта тоқтатылғаннан кейін отыз жылға дейін шұңқырлар мен нашар топырақ сапасынан зақымдану қаупіне тап болады. Ұзақ қабырғалы шахталардың ұзын болуына байланысты, олар үлкен аумақтарға әсер ете алады. Осы ең үлкен аумақтарда, тау беткейлеріндегі ұзақ қабырғалы шахталар, аңғарлардағыларға қарағанда таулы жерлерде көбірек көрінетін құлдырауды көрсетеді. Кейбір жағдайларда құлдырау су ағындарына немесе жолдар мен ғимараттар сияқты адам жасаған құрылымдарға зиян келтіреді. "Дуглас Парк Драйв ұзақ қабырғалы панельдер жолды тұрақсыздандырғандықтан төрт аптаға жабылды. 2000 жылы мемлекеттік үкімет екі көпірден 600 метр қашықтықта кен қазуды тоқтатты. Бір жылдан кейін жолда 40 сантиметрлік жарықтар пайда болғаны туралы хабарлар келді, және көпірді қайта орнату үшін оны бүйінен көтеруге тура келді". Бұған қоса, ұзақ қабырғалы кен орнына жақын су тоғандары болса, бұл өзен жағалауындағы экожүйелерге екі есе әсер етуі мүмкін, себебі су ағынының жылдамдығы төмендеп, жер асты тау жыныстарының жарылуына себеп болады. Көлдер мен өзендер сияқты су астындағы кен қазудың нәтижесінде жер асты суларының әртүрлі деңгейде жоғалуына куә болдық. Жер бетінен бірнеше жүз метр қашықтықта орналасқан шахталар осы су қоймаларынан көп мөлшерде су қабылдауға бейім. Сонымен қатар, кен өндірушілердің табиғи ландшафтқа тигізген бұзушылығынан кейін табиғи су ағындарының бағыты өзгеруі мүмкін, бұл өзен немесе өзен жағалауындағы жердің эрозиясын күшейтеді. Көбінесе кен өндіру жұмыстары су ағындарының жолдарын өзгертіп отырады, олардың бастапқы күйіне оралуына жылдар қажет. Ұзақ қабырғалы кен өндірісінің жақын орманға тигізетін әсері туралы зерттеулер шектеулі, алайда жаңа спутниктік суреттер зерттеулері ұзақ қабырғалы кен өндірісі жақында өткен аймақтардағы жер бетінің құрғақ болуымен байланысты болуы мүмкін екенін көрсетіп отыр. Құрғақ топырақтан басқа, орман қаптамасының ылғалдылығы да төмендегені байқалды.
Газ шығарындылары
Ұзын қабырғалы шахталар метан газын – кең таралған парниктік гасты қоршаған ортаға шығарады. Алайда, әдеттегі ұзын қабырғалы шахта іргесінің кеңеюі айтарлықтай көп метан шығаруға алып келмейтіні анықталды. Жабық ұзын қабырғалы шахталардан метан шығарылымдары он бес жылға дейін жалғасуы мүмкін, бірақ жабық шахталардағы су ағынына сүйене отырып, метан шығарылымдарының мөлшерін өлшеуге болады. 2013 жылға дейін Канадада 25 жылдан астам уақыт бойы ұзын қабырғалы шахталар болған жоқ. 2015 жылы HD Mining компаниясы Британдық Колумбияда шахта ашты, бұл Канадалықтардың орнына шетелдік жұмысшыларды жұмысқа алуы және қоршаған ортаға тигізетін ықтимал әсеріне байланысты дау тудырды. Бұл шахтадан жылына 17 мегатонна көмірқышқыл газы шығару күтілуде; алайда, Канаданың федералды үкіметі шығарындыларды жылына 500 000 тонна деңгейінде ұстау үшін оған көміртегі шегі қойды.