Шахта

Первые нефтяные шахты появились в XVIII веке во Франции на месторождениях Пешельбронн, где слои песка пропитались битумом. Битумный песок тверд, поэтому его добывали, как уголь: просто выкапывали и очищали. В конце XIX века нефтяные шахты появились в Германии и в России на Уйташском месторождении, а потом в Японии, Австрии, Чехословакии, Польше, Канаде и других странах.

На Ярегском месторождении, открытом в 1930-х, нефть не была «каменной»: она оказалась текучей, но очень густой из-за высокого содержания тяжелых углеводородов — ее называют высоковязкой, или тяжелой нефтью. Из-за повышенной вязкости ее сложно выкачивать из недр насосами через скважины, даже когда залежи находятся в десятках метров под поверхностью. Поэтому месторождение решили разрабатывать шахтным способом.

Первую шахту там заложили в 1936 году. Похожие на тоннели метро шахты вели к нескольким точкам над месторождением. Позже шахты начали прокладывать в сам нефтяной пласт. Его пронизали множеством вертикальных и наклонных скважин. В них нефть медленно стекала сама по себе — сначала ее поднимали в шахты, а затем на поверхность.

К 1970-м удалось добыть лишь 2,2% запасов Ярегского месторождения — методика со стекающей в скважины нефтью себя исчерпала. Не желая терять богатые пласты, советские нефтяники разработали принципиально новую технологию — термошахтный способ. Закачивая по скважинам водяной пар, пласты разогревали, и нефть становилась более текучей. Такой метод позволил добыть половину запасов месторождения.

Сегодня на Ярегском месторождении используют усовершенствованный термошахтный способ. В нефтеносные слои сверху все так же нагнетают пар. Он образует в пласте камеры, где конденсируется, а потом по сотням скважин конденсат стекает вместе с разогретой и разжиженной нефтью в специальные подземные галереи. В них поддерживают высокую температуру, чтобы нефть не успела загустеть, прежде чем ее поднимут на поверхность. Плюсы такого способа — прямой доступ к пластам и максимум добываемой нефти при минимуме потерь тепла.

За нагнетанием пара и поддержанием высоких температур в шахтах и скважинах следит автоматика. Сейчас на Ярегском месторождении тестируют комплекс автоматизации шахтной добычи нефти, разработанный учеными Вятского государственного университета. Он состоит из двух частей: сети автоматизированных задвижек с датчиками, которые устанавливают на скважины для отсекания пара, и системы управления, которая координирует работу этой сети в зависимости от измеряемых параметров скважин. Комплекс позволяет экономить воду (пластовую и из ближайших источников) и электроэнергию, которая тратится на разогрев и нагнетание пара.

По оценке специалистов, запасов высоковязкой нефти в 5–6 раз больше, чем остаточных запасов нефти малой и средней вязкости. Однако даже при современных технологиях ее добывают в небольших количествах и не все запасы считаются извлекаемыми.

Высоковязкая нефть — ценный источник привычных продуктов нефтепереработки и других соединений и элементов, в том числе металлов ванадия и никеля. Например, из нефти Ярегского месторождения производят химические продукты для дорожно-строительной, космической и фармацевтической отраслей и дизельное топливо для работы при сверхнизких температурах Арктики.

Сегодня день шахтёра. Мужественные люди, каждый день спускающиеся в забой, каждый раз рискуя жизнью. И этих людей хотели поставить на колени... Не вышло и не могло выйти!
Мой родной город благодаря Вам назван городом угля и роз! Уголь - мужественные шахтеры Донбасса, розы - красота вокруг них. Я дончанка, я так вижу).

С праздником, Шахтёры! Ваш труд уникален, ваше мужество впечатляет, вы - Герои! Мира вам!

За Вас, за нас и за Донбасс!!!

Кто такие шубины? Могут ли шахты работать 200 лет беспрерывно? И какую пользу приносят крысы? Ко Дню шахтера (25 августа) ученые Пермского Политеха подготовили интересные факты о том, почему каждый шахтер немного говорит по-немецки, на какой глубине температура достигает +45 градусов, сколько тысяч лет самому старому руднику в мире, зачем канареек спускали в шахты, что такое «ежики» и «тормозок» и чем занимались газожоги и табакотрусы.

Факт 1. Люди научились строить шахты еще при мамонтах

— Тот момент, когда первобытные люди начали использовать камни в качестве примитивных орудий, можно назвать началом добычи полезных ископаемых. Изначально наши предки находили камни разных пород на поверхности земли. Затем, обнаруживая полезные свойства таких материалов, люди стали целенаправленно их искать. В Африке археологи обнаружили рудник, возраст которого насчитывает 43 000 лет. Там добывали руду, содержащую гематит, — один из самых распространенных минералов железа. Благодаря своему красному цвету, он используется в производстве красок и пигментов, — рассказывает Алексей Исаевич, доктор технических наук, заведующий кафедрой разработки месторождений полезных ископаемых ПНИПУ.

Факт 2. Слово «шахта» пришло к нам из немецкого языка

Шахты бывают разные, для каждой горнодобытчики придумали свое название. Например, шахтный ствол — это вертикальная или наклонная выработка, а штольня — горизонтальная. Квершлаг также представляет собой горную выработку, но в отличие от приведенных выше сооружений не имеет выход на поверхность.

— Названий горных выработок достаточно много и они очень своеобразные. Произошли наименования из-за тесного сотрудничества наших производственников с немецкими еще во времена Петра I. Надо сказать, что сам термин «шахта» также пришел в русский из немецкого языка, — отмечает Александр Николаев, доктор технических наук, профессор кафедры горной электромеханики ПНИПУ.

Еще немного терминов. Шахтным полем называет само месторождение или его часть, отведенное для разработки. В этом шахтном поле может присутствовать одна или несколько залежей полезного ископаемого. Копер — это сооружение на поверхности, размещенное над шахтным стволом, являющееся частью подъемной установки: клетевой (подъем/спуск людей и грузов) и/или скиповой (подъем полезного ископаемого).

Факт 3. Самой старой действующей шахте больше 200 лет

Старейшая шахта, где добыча продолжается до сих пор, находится на севере Южного Уэльса (Великобритания). Угольная выработка «Тауэр Соллиери» была основана еще в 1805 году.

В России одним из старейших рудников можно считать Сарановский, расположенный на территории Пермского края. Он ведет свою историю с 1889 года, а добывают там хромитовую руду. С предприятия СКРУ-1 в Соликамске началась калийная промышленность в России, оно работает с 1930 года. Шахта «Северная» в городе Мончегорск (Мурманская область) была основана в 1936 году и продолжает работать до сих пор, добывая никель и медь.

Факт 4. Выработка может уходить вглубь на километры, но есть предел

Глубина, на которой ведутся горные работы, зависит от залегания полезного ископаемого. Самой глубокой в мире считается шахта Мпоненг, расположенная близ Йоханнесбурга в Южно-Африканской республике. Ее глубина — 3777 м, а добывают там золото.

— Геотермическая ступень — это интервал глубин (в метрах), на котором при погружении в Землю температура повышается на 1°С. Поэтому чем дальше от поверхности ведутся горные работы, тем выше температура горных пород. Сегодня на рудниках Норильска глубина работ приближается к 2 км, а температура — к 45°С. Это сильно усложняет процессы ведения горных работ, требует разработки специального дорогостоящего оборудования. В горном деле безопасность труда стоит на первом месте. Если нет возможности ее обеспечить, добыча полезного ископаемого вестись не будет, — объясняет Алексей Исаевич.

Кстати, диаметры стволов достигают 10 м. Некоторые из них оборудованы клетями, подъемными сосудами, куда может заезжать небольшой автомобиль.

Факт 5. Полезные ископаемые добывают не только в шахтах

Добыча полезных ископаемых может вестись не только подземным, но открытым способом — карьерами. Этот метод используют, если сырье залегает неглубоко. К тому же он куда проще, чем строительство разветвленных подземных сооружений.

По мере того, как увеличивалась глубина разработки, открытый способ добычи становился более невыгодным. Удаление огромных объемов неполезных пород становилось очень дорогим. Хотя у открытых горных работ есть ряд преимуществ. Производительность труда на карьерах, как правило, в 5-8 раз выше, а себестоимость в 2-4 раза ниже, чем в шахтах.

В России много открытых выработок — от небольших до огромных. Например, глубина карьера Удачный (Якутия) составляет 640 м, а его размеры 2х1,6 км. Добываемое там сырье — алмазы. Кстати, в 2014 году там появился и подземный комплекс сооружений.

Факт 6. Шахта — это не только рукотворная подземная пещера

— При слове «шахта» воображение рисует подземный ход, уходящий глубоко под землю. Ранее такое представление было верным. Но сегодня это, как правило, крупное горнодобывающее предприятие, включающее и поверхностный комплекс — надшахтные здания, копры, обогатительные фабрики и т.д. И, конечно, разветвленную сеть подземных горных выработок, протяженность которых может превышать 100 км, — отмечает Алексей Исаевич.

Факт 7. Строительству шахты предшествует целый набор изысканий

Все начинается с геологоразведки — поиска месторождений полезных ископаемых. Когда находят месторождение, проводят первоначальные исследования, чтобы понять его размеры, форму, условия залегания и состав сырья. Это помогает оценить, насколько оно важно для промышленности и экономики. Затем идет более подробная разведка, цель которой — точно определить запасы ископаемого и его сорт, а также уточнить структуру месторождения, выяснить горнотехнические условия его разработки. Все данные, собранные на этом этапе, нужны для разработки проекта, который позволит выделить средства на строительство горного предприятия или рудника.

Факт 8. В России больше всего шахт находится на юге Западной Сибири

Россия очень богата полезными ископаемыми. Горнодобывающие предприятия расположены по всей территории нашей страны, но основная концентрация приходится на Урал и Сибирь. Например, в Кузнецком каменноугольном бассейне сегодня действуют 160 шахт и разрезов.

Кузбасс обеспечивает почти 60% добычи каменного угля в России и около 80% от общего объема добычи коксующихся углей. Кроме того, на этот регион приходится более 13% производства чугуна и стали, свыше 11% алюминиевой промышленности страны.

Факт 9. Размещение месторождений и шахт обусловлено древними геологическими процессами

К сожалению, не каждый регион богат железом, углем, нефтью и другими полезными ископаемыми. Их распространение в недрах нашей страны обусловлено геологическими процессами, которые занимают миллионы и даже миллиарды лет.

— Как уже отметили ранее, добыча угля сконцентрирована в Кузнецком угольном бассейне. Калийные соли добывают в Пермском крае и Волгоградской области, проектируется рудник под Саратовом. Добыча алмазов широко распространена в Якутии. Лидером по выработке золота считается Красноярский край. Ведущие регионы добычи железной руды — Белгородская, Кемеровская и Свердловская области, республика Карелия. Более 60% объема добычи железной руды дает Курская магнитная аномалия, — рассказывает Алексей Исаевич.

Факт 10. В одной шахте могут добывать сразу несколько видов полезных ископаемых

Характерным примером являются рудники Норильска, где в составе руды и никель, и платина, и другие металлы. Еще один представитель такого горного предприятия — нефтешахты Яреги, где под пластами нефтенасыщенного песчаника обнаружены залежи титана.

Факт 11. Единственная в России нефтяная шахта расположена в республике Коми

— Обычно нефть выкачивают из скважин с помощью добычных насосов. Но Ярегское месторождение уникально. Особенность его в том, что нефть в горных породах является высоковязкой. Можно сравнить ее со сливочным маслом. Поэтому добывать сырье в таком виде через скважину невозможно. Получают ее так называемым «термошахтным» способом. Для этого были спроектированы подземные выработки с добычными участками. В них бурятся скважины, по которым в нефтяной пласт закачивается перегретый пар. За счет этого находящаяся там нефть приобретает текучесть и затем по трубопроводу доставляется на поверхность, — объясняет Александр Николаев.

Факт 12. Шахта, куда не ступает нога человека, — скважина

— По нефтяной скважине люди не спускаются, по ней осуществляется только доставка добытой нефти, точнее нефтесодержащей жидкости. В этом ее отличие от всех других выработок, по которым спускаются люди и техника. И если на поверхность нефть поступает благодаря наносным установкам, в шахте сырье переправляют при помощи конвейерного транспорта, вагонеток, скиповых установок и других горных машин. Производится выдача продукции, как говорят шахтеры, «на-гора», — отмечает Александр Николаев.

Факт 13. Раньше метан помогали обнаружить канарейки и крысы

Метан — бесцветный газ без вкуса и запаха. Отравиться им невозможно, но для подземных работ очень опасен — легко воспламеняется даже при низких концентрациях. Когда еще не было современных приборов, горняки определяли утечку газа по отсутствию крыс в забоях, поведению канареек — птичек специально приносили с поверхности. Они обладают высокой чувствительностью к малейшим газовым примесям в воздухе, таким как метан и угарный газ, и могут погибнуть даже от их незначительного содержания. Поэтому, если птица умирала или начинала странно себя вести, шахтеры сразу покидали опасную зону.

— Метан присутствует далеко не на всех рудниках, но особенно много его в угольных шахтах. Из массива горных пород могут выделяться различные газы в том числе и ядовитые, такие как сернистый или сероводород. В настоящее время все горные предприятия оснащены современными приборами, способными зафиксировать выделение горючих и ядовитых газов. Некоторые автоматически отключают электрооборудование при фиксации опасных концентраций газа, — объясняет Алексей Исаевич.

Надежное проветривание рудников обеспечивают подземные участки вентиляции. Там трудятся и горные мастера вентиляции, и газомерщики. В последнее время все больше шахт и рудников используют автоматические системы управления проветриванием, работа их основана на показаниях датчиков расхода воздуха и состава атмосферы.

Факт 14. Исчезнувшие профессии — газожоги и табакотрусы

В прошлом не существовало других методов для обнаружения метана в шахтах. Газожог передвигался по выработкам с зажженным факелом или с шестом, к которому прикреплял лампу без защитной сетки. Чтобы избежать ожогов, он надевал овчинный тулуп, вывернутый наизнанку, меховую шапку и рукавицы, а также обильно поливал себя водой. Поэтому их еще называли «шубинами». Сегодня, к счастью, эта профессия себя полностью изжила. С наличием метана борются эффективным проветриванием.

Кстати, донбасские горняки верят, что в их шахтах живет дух Шубин. Он может помочь рабочим выбраться из-под завалов, но также способен сбить с пути и запутать. Предпочитает находиться в заброшенных шахтах, чтобы оставаться незамеченным. И доброжелателен к честным, трудолюбивым шахтерам, но жесток к угнетателям.

До 60-х годов прошлого века в горной промышленности существовала профессия табакотруса. Табакотрусы должны были следить за тем, чтобы работники не проносили с собой в шахты спички и табак — курение и открытый огонь могли стать причиной взрыва метана.

— И в наши дни открытый огонь, курение и даже просто пронос в шахту курительных принадлежностей строжайше запрещен. Даже на выработках, не опасных по газу. Шахтеры обязаны соблюдать правила безопасности. Считается, что каждый их пункт в горном деле написан кровью, — добавляет Алексей Исаевич. — Вообще, шахтеры — одни из самых суеверных рабочих. Это связано с опасностью их труда. Есть поверье, что смену перед выходными нельзя называть последней, только крайней. Примета, что в новой спецодежде спускаться под землю нежелательно — ее нужно сразу измазать. Раньше верили, что пускать девушек в шахту — к беде. Но сейчас женщины под землей спокойно работают на тех же участках вентиляции или в маркшейдерской службе.

Факт 15. Существуют словари шахтерской лексики

На каждой шахте есть свой сленг, отражающий местные особенности. Например, обед называют «тормозком», лом — «карандашом», кувалду — «балдой», учеников — «ежиками». Где-то «банкой» зовут застолье с алкоголем, а в другом месте это самоспасатели — средства индивидуальной защиты органов дыхания, предоставляющие кислород, если дышать становится нечем.

– Интенсивность добычи, как и площадь обрабатываемых участков месторождений, увеличивается с каждым годом. Чтобы не допустить скопление ядовитых газов и улучшить эффективность добычи ресурсов, необходимо организовать качественное проветривание всех рабочих зон рудника. Для этого на сегодня повышают скорость воздуха вплоть до предельного значения 15 м/с, – пояснил Артем Зайцев, профессор кафедры разработки месторождений полезных ископаемых ПНИПУ, зав. лабораторией развития горного производства Горного института УрО РАН, доктор технических наук.

При этом ужесточаются требования к типу и параметрам клетей. Обычно тип подъемного сосуда определяют из условия спуска в шахту всей смены за заданное время. И чтобы вовремя доставить персонал к подземным рабочим зонам, требуется использовать клети, перекрывающие существенную часть поперечного сечения шахтного ствола (более 30%). Скорость их движения также близка к предельному по Правилам безопасности значению 12м/с.

– Из-за всего этого повышается влияние поршневого эффекта, который представляет собой возмущение воздушного потока и формирует дополнительное аэродинамическое сопротивление. Оно создается сосудом во время спуска-подъема и может нарушать устойчивое проветривание горных выработок, – рассказал Михаил Семин, зав. лабораторией математического моделирования геотехнических процессов Горного института УрО РАН, доктор технических наук.

Существующие научные работы, изучающие эту проблему, не учитывают особенности формы клети и не рассматривают аэродинамическое влияние ее движения на главную вентиляционную установку.

Ученые Пермского Политеха и Горного института УрО РАН проанализировали воздействие поршневого эффекта от движения подъемного сосуда на рабочую точку главного вентилятора и выяснили, что современная методика оценки этого влияния занижает показатели прироста сопротивления вентиляционной сети. Это уменьшает точность расчетов и мешает установить необходимые компенсирующие меры по улучшению вентиляции в шахтах.

Исследователи разработали новую модель для описания течения воздуха в окрестности движущейся клети. Они провели численное моделирование воздушного распределения на участке шахтного ствола с движущимся подъемным сосудом.

В результате исследования получена зависимость перепада давления воздушного потока, проходящего через подъемный сосуд, от скоростей воздуха и клети, а также ее размеров. На основе этого создали общую методику расчета дополнительного аэродинамического сопротивления. Ее необходимо учитывать, чтобы задать параметры работы главной вентиляторной установки.

Созданная учеными ПНИПУ и УрО РАН модель поможет назначить компенсирующие мероприятия с учетом влияния аэродинамического сопротивления, и за счет этого уменьшить воздействие поршневого эффекта на проветривание шахт. Это поспособствует значительному снижению риска возникновения взрыва на производстве и влияния токсичных примесей на шахтеров.