Mineração de carvão
Mineração de carvão , extração de carvão depósitos da superfície de terra e do subsolo.
mina de carvão Diagrama esquemático de uma mina de carvão subterrânea, mostrando as instalações de superfície, poços de acesso e métodos de mineração de quarto e pilar e longwall. CONSOL Coal Group
Carvão é o mais abundante combustível fóssil na terra. Seu uso predominante sempre foi para a produção de energia térmica. Foi a fonte de energia básica que alimentou o Revolução Industrial dos séculos 18 e 19, e o crescimento industrial daquela época, por sua vez, apoiou a exploração em grande escala de depósitos de carvão. Desde meados do século 20, o carvão cedeu seu lugar ao petróleo e ao gás natural como o principal fornecedor de energia do mundo. A mineração de carvão de depósitos superficiais e subterrâneos hoje é uma operação altamente produtiva e mecanizada.
Mongólia: mina de carvão Mina de carvão Tavantolgoi, sul de Gobi, Mongólia. Adrian Bradshaw — EPA / Landov
História
Uso antigo de afloramento de carvão
Há evidências arqueológicas de que o carvão foi queimado em piras funerárias durante a Idade do Bronze, de 3.000 a 4.000 anos atrás, no País de Gales. Aristóteles menciona carvão (corpos combustíveis) em seu Meteorológico , e seu pupilo Teofrasto também registra seu uso. Os romanos na Grã-Bretanha queimaram carvão antes de 400esta; cinzas foram encontradas entre as ruínas de vilas e cidades romanas e ao longo da muralha romana, especialmente em Northumberland, perto do afloramento de veios de carvão. Os índios Hopi do que hoje é o sudoeste Estados Unidos extraíam carvão colhendo e raspando e o usavam para aquecer, cozinhar e em câmaras cerimoniais já no século 12esta; no século 14, eles o usaram industrialmente na fabricação de cerâmica. Marco Polo relata seu uso como amplamente difundido na China do século 13. The Domesday Book (1086), que registrou tudo de valor econômico em Inglaterra , não menciona o carvão. Londres O primeiro carvão chegou por mar em 1228, das áreas de Fife e Northumberland, onde pedaços quebrados de afloramentos submarinos e levados para a costa pela ação das ondas foram recolhidos por mulheres e crianças. Posteriormente, o nome carvão marinho foi aplicado a todo o carvão betuminoso da Inglaterra. Mais tarde no século, os monges começaram a minerar afloramentos no norte da Inglaterra.
Desenvolvimentos na entrada da mina
Veios
Exceto pelos chineses, que podem ter minerado carvão no subsolo, todas as camadas iniciais de carvão foram trabalhadas a partir da superfície, em afloramentos totalmente expostos. No final da Idade Média, entretanto, o esgotamento do carvão de afloramento em muitos lugares forçou uma mudança da mineração de superfície para subterrânea ou de poço. As primeiras minas de poços eram pouco mais do que poços alargados tanto quanto os mineiros ousavam em face do perigo de colapso. Poços foram cavados em terreno alto, com galerias - túneis quase horizontais - para drenagem direcionados para a lateral da colina. Na Inglaterra, alguns poços de minas rasos foram exauridos já no século 14, tornando necessário ir mais fundo e expandir a mineração no fundo do poço. Essas operações permaneceram pequenas; um registro de 1684 mostra 70 minas perto de Bristol, empregando 123 trabalhadores. Maior profundidade criou muitos problemas. Primeiro, a água não podia mais ser simplesmente drenada. Métodos rudes foram planejados para trazê-lo à superfície. Um dispositivo de balde e corrente foi acionado primeiro por homens e depois por cavalos; um cinturão contínuo de placas circulares era puxado por um cano. Os moinhos de vento foram usados para bombas. Mas os poços tiveram que ser restritos a profundidades de 90 a 105 metros (300 a 350 pés) e um raio de mineração de 180 metros. Não foi até 1710 que o problema da água foi amenizado pelo motor atmosférico a vapor de Thomas Newcomen, que fornecia uma fonte de energia barata e confiável para um recíproco Bomba de elevação.
Elevação
Aumentar o próprio carvão foi outro problema. A força de trabalho, operando um guincho, foi substituída por cavalos de força; e, conforme as flechas iam mais fundo, mais cavalos foram adicionados. Em Whitehaven em 1801, o carvão foi içado a 180 metros por quatro cavalos a uma taxa de 42-44 toneladas métricas (46-48 toneladas) em nove horas. A introdução do motor a vapor içar carvão foi um grande ponto de inflexão para a indústria. Pequenos guinchos movidos a vapor foram testados com sucesso por volta de 1770. Por volta de 1840, a primeira gaiola foi usada para içar o carro carregado; e de 1840 em diante os avanços nas técnicas de mineração de carvão foram rápidos.
Ventilação
A presença de gases nocivos e inflamáveis fez com que os mineiros reconhecessem a importância crítica da ventilação nas minas de carvão desde os primeiros dias. A ventilação natural era fornecida por túneis de drenagem nivelados dirigidos a partir da superfície inclinada para se conectar ao poço. Pilhas de superfície acima do eixo aumentaram o eficiência de ventilação; seu uso continuou em pequenas minas até o início do século XX. O método mais confiável, antes da introdução dos ventiladores, era o uso de um forno no fundo do poço ou na superfície. Apesar do risco de incêndio e explosão, ainda havia um grande número de fornos em operação, pelo menos em minas não-emissárias, no início do século XX.
A iluminação com chama aberta, no entanto, era uma causa muito mais comum de explosões até a introdução da lâmpada de segurança Davy (por volta de 1815), na qual a chama é envolta em uma dupla camada de tela de arame que impede a ignição de gases inflamáveis no ar da mina. A presença de fortes correntes de ar, no entanto, tornava até a lâmpada Davy insegura.
Ventiladores rotativos foram introduzidos nas minas no século XVIII. Originais de madeira e movidos a vapor, foram aprimorados ao longo dos séculos 19 e 20 com a introdução de aço lâminas, energia elétrica , e formas aerodinamicamente eficientes para as lâminas.
Da extração manual à mecanizada
Mineração convencional
Os primeiros mineiros europeus retiravam o carvão da fenda ou o soltavam com uma picareta. Depois que os explosivos foram introduzidos, ainda era necessário minar a camada de carvão com ferramentas manuais. O advento do vapor, do ar comprimido e da eletricidade trouxe alívio para esse trabalho difícil e perigoso. Em 1868, após quase 100 anos de tentativa e erro, um cortador de roda giratória comercialmente bem-sucedido para cortar a camada de carvão foi introduzido na Inglaterra. Essa primeira ferramenta de corte elétrica logo foi aprimorada com a introdução do ar comprimido como fonte de energia no lugar do vapor. Mais tarde, a eletricidade foi usada. O cortador longwall foi introduzido em 1891. Originalmente acionado por ar comprimido e mais tarde eletrificado, ele podia começar em uma extremidade de uma face longa (a seção transversal exposta vertical de uma camada de carvão) e cortar continuamente na outra.
Desenvolvimento de mineração contínua
Descubra os desafios enfrentados pelos mineiros de carvão e as mudanças na indústria entre 1917 e 2017 Saiba mais sobre a vida dos mineiros de carvão no início do século 20 neste vídeo. Encyclopædia Britannica, Inc. Veja todos os vídeos para este artigo
As técnicas convencionais de mineração descritas acima, compostas pelas operações cíclicas de corte, perfuração, detonação e carregamento, desenvolvidas em associação com a mineração em sala e pilar. O mais antigo dos métodos subterrâneos básicos, a mineração em sala e pilar, surgiu naturalmente da necessidade de recuperar mais carvão à medida que as operações de mineração se tornavam mais profundas e mais caras. No final da década de 1940, as técnicas convencionais começaram a ser substituídas por máquinas únicas, conhecidas como mineradoras contínuas, que separavam o carvão da camada e o transferiam de volta para o sistema de transporte. O Joy Ripper (1948) foi o primeiro minerador contínuo aplicável ao método da sala e do pilar.
Origens da mineração longwall
O outro método principal de mineração moderna, a mineração longwall, foi introduzido já no século 17 e encontrou uso geral no século 19, mas há muito tempo era menos produtivo do que a mineração em salas e pilares. Isso começou a mudar na década de 1940, quando um sistema contínuo envolvendo o arado foi desenvolvido por Wilhelm Loebbe da Alemanha. Puxado pela face do carvão e guiado por um tubo na face lateral de um transportador segmentado, o arado abriu um corte na parte inferior da costura. O transportador serpenteava contra a face atrás do arado que avançava para pegar o carvão que se soltou de cima do corte. Reduzindo substancialmente a mão de obra necessária na face do carvão (exceto aquela necessária para instalar o suporte do telhado), o sistema Loebbe rapidamente se tornou popular na Alemanha, França e Países Baixos.
O próprio arado tinha aplicação limitada em minas britânicas, mas o transportador segmentado de potência avançada tornou-se uma parte fundamental do equipamento lá e, em 1952, uma máquina contínua simples chamada tosquiadora foi introduzida. Puxado ao longo da face montada no transportador, o tosador carregava uma série de discos equipados com picaretas em seus perímetros e montados em um eixo perpendicular à face. Os discos giratórios cortam uma fatia da face do carvão conforme a máquina é puxada, e um arado atrás da máquina limpa todo o carvão que caia entre a face e o transportador.
Suporte de telhado
A técnica de apoiar o telhado por parafusos de rocha tornou-se comum no final dos anos 1940 e contribuiu muito para fornecer uma área de trabalho desobstruída para a mineração de salas e pilares, mas foi uma operação trabalhosa e lenta que impediu a mineração longwall de realizar seu potencial. No final da década de 1950, no entanto, os suportes de teto com avanço automático foram introduzidos pelos britânicos. Individualmente ou em grupos, esses suportes, presos ao transportador, poderiam ser abaixados hidraulicamente, avançados e recolocados contra o telhado, proporcionando assim uma área livre de escoras para o equipamento (entre a face do carvão e a primeira linha de macacos) e uma cobertura caminho para os mineiros (entre a primeira e a segunda fileiras de macacos).
Transporte
Trabalho manual para energia elétrica
Nas primeiras minas de poço, o carvão era carregado em cestos que eram carregados nas costas de homens ou mulheres ou carregados em trenós de madeira ou bondes que eram empurrados ou rebocados pela estrada de transporte principal até o fundo do poço para serem pendurados em cordas de içamento ou correntes. Em minas à deriva e em declive, o carvão era trazido diretamente à superfície por esses e outros métodos semelhantes. Os trenós eram puxados primeiro por homens e depois por animais, incluindo mulas, cavalos, bois e até cães e cabras.
Crianças carregando carvão encosta acima de uma mina inglesa; de uma gravura da década de 1840. The Wellcome Trustees, Londres
Vapor locomotivas projetadas por Richard Trevithick foram usadas nos campos de South Wales e Tyne e mais tarde na Pensilvânia e West Virginia, mas criaram muita fumaça. As locomotivas de ar comprimido, que surgiram na década de 1880, mostraram-se caras de operar. Locomotivas elétricas, introduzidas em 1887, tornaram-se rapidamente populares, mas mulas e cavalos ainda funcionavam em algumas minas até os anos 1940.
Carregamento mecanizado
O carregamento manual de carvão quebrado em vagões tornou-se obsoleto no início do século 20 por carregadores móveis. O Stanley Header, a primeira máquina de carregamento de carvão usada nos Estados Unidos, foi desenvolvido na Inglaterra e testado no Colorado em 1888. Outros foram desenvolvidos, mas poucos progrediram além do protótipo estágio até a máquina Joy ser introduzida em 1914. Empregando o princípio do braço recolhedor, a máquina Joy forneceu o padrão para carregadores móveis de sucesso no futuro. Após a introdução em 1938 de carros de transporte movidos a eletricidade, com pneus de borracha, projetados para transportar carvão da máquina de carregamento para o elevador, o carregamento e transporte móveis rapidamente suplantaram o transporte por via em frente às minas de sala e pilar.
Transportadores
Em 1924, uma correia transportadora foi usada com sucesso em uma mina de antracita no centro da Pensilvânia para transportar carvão de um grupo de esteiras para uma fileira de carros na entrada da mina. Na década de 1960, as correias substituíram quase completamente os vagões para transporte intermediário.
Preparação
A história da preparação do carvão começa no século 19, com a adaptação de métodos de processamento de minerais usados para enriquecer minérios metálicos de suas impurezas associadas. Nos primeiros anos, pedaços maiores de carvão eram simplesmente escolhidos a dedo de pedaços compostos predominantemente de matéria mineral. A lavagem com dispositivos mecânicos para separar o carvão das rochas associadas com base em suas diferenças de densidade começou durante a década de 1840.
No início, a preparação do carvão foi necessária devido à demanda por valores de aquecimento mais elevados; outra demanda era para fins especiais como coque metalúrgico para a produção de aço. Nos últimos anos, à medida que cresceu a preocupação com a emissão dedióxido de enxofrenos gases de combustão das usinas, o preparo do carvão vem ganhando importância como medida de remoção dos poluentes atmosféricos.
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