UHLÍ
Energetika současné technické civilizace na naší planetě se opírá
především o využívání ložisek uhlí, ropy a zemního plynu opravdových
"černých" pokladů Země. Přestože jsme si už dnes všichni vědomi, že
spalování uhlí v topeništích či ropy ve spalovacích motorech není příliš
ekonomické a rozhodně nepřispívá životnímu prostředí, nemáme dosud pro
nejbližší perspektivu vhodnější zdroje energie, které by je mohly plně nahradit.
V 19. století si široké využití parního stroje na železnici a lodích, v
cukrovarech, pivovarech a strojírnách vynutilo, že na výrobu páry bylo místo
nedostatkového dřeva stále více využíváno uhlí. Hornictví, které se již od
starověku soustřeďovalo hlavně na dobývání rud, soli a jiných surovin, našlo
nový směr - těžbu uhlí.
ZE ŽIVOTOPISU UHLÍ
Dějiny lidstva se obvykle dělí na pravěk, starověk, středověk a novověk.
Geologové rozdělili čas dosud vyměřený této planetě podle významných
geologických událostí na jednotlivé éry dlouhé mnoho milionů let a ty opět na
kratší úseky periody, epochy, věky, doby...Stáří jednotlivých hornin pomáhají
vědcům často určovat zkamenělé zbytky rostlin či živočichů, typických pro
jednotlivá období.
 |
Pustíme-li se po stopách vzniku uhlí, ale i ropy a zemního plynu, můžeme
nejstarší období, prahory a starohory, vynechat. Zaměříme se až na karbon a perm,
spadající do geologického "středověku". Právě tehdy vznikala totiž
nejvýznamnější ložiska uhlí.
Horotvorné pochody probíhající v druhohorách změnily velkou část
zemského povrchu na mělká a bahnitá moře a jezera. Takřka skleníkové prostředí
vyvolávalo bujný vzrůst všech možných druhů rostlin. Můžeme si o nich udělat
celkem věrný obrázek, neboť se nám zachovalo obrovské množství jejich zkamenělin,
otisků listů i jiných částí. Máme tedy hodnověrnou představu o lesích s
vidličnatě se rozvíjejícími Sigillariemi a Lepidodendry, o porostech kapradí a
plavuní a o přesličkách Calamites vyrůstajících z močálů. Většina těchto
rostlin se na rozdíl od jejich "potomků", s kterými se běžně setkáváme
dodnes, vyznačovala "obřími" rozměry.
 |
Geologické hodiny Země. |
Vlhké horko a sucho se v tomto světě často střídalo s mohutnými srážkami,
které náhle zvyšovaly hladinu jezer i řek a ničily porosty. Na trouchnivějících
zbytcích bujně vyrůstala nová generace rostlin. Vznikaly tak obrovské nakupeniny
organického materiálu. Když se při dalších horotvorných pohybech dostaly tyto
zbytky pod nové vrstvy hornin, vytvořily se ideální podmínky pro vznik uhlí.
Rozkladem rostlinných těl bez přístupu kyslíku, za stálého působení tlaku
horních vrstev a zmenšování objemu tlející masy se hromadil především uhlík.
Proces karbonizace
(prouhelnění) trval miliony let. Zjednodušeně lze pak říci, že čím déle trval (v
závislosti na tlaku i teplotě), tím kvalitnější uhlí je jeho výsledkem. Při
kratší době prouhelňování, nižším tlaku a teplotě asi o 150 až 200 ° C
vznikala rašelina. Ta se
časem měnila na hnědé uhlí.
Při větším tlaku a teplotách mezi 300 až 500 ° C pokračoval proces přeměny na černé uhlí a antracit.
Vždy se přitom zvětšoval obsah uhlíku a klesalo množství kyslíku. Do vzniklé
uhelné hmoty se tak koncentrovala energie přijímaná rostlinami ze země, vody a
vzduchu ve své podstatě energie slunečního záření.
Díky rozličným podmínkám vzniku můžeme dnes rozlišovat i různé typy uhlí s
odlišnými chemickými a fyzikálními vlastnostmi, např. také s různou výhřevností. Jejich
použitelnost ovlivňují i různé negativní příměsi. Například většina našeho
hnědého uhlí obsahuje značný podíl síry, která se při jeho
spalování uvolňuje do ovzduší a přináší těžké ekologické škody. Zařízení
umožňující vyčištění zplodin hoření od síry jsou velice drahá řádově skoro
stejně jako celá elektrárna.
CESTA K UHLÍ
Uhlí nacházíme ve vrstvách nejrůznějších mocností od tloušťky milimetrové
až po desítky metrů. Tyto vrstvy jsou uloženy vodorovně (tak vznikaly), ale také v
nejrůznějších polohách, jak byly v následných geologických procesech pootočeny
či jinak přemístěny.Uhelným vrstvám se obecně říká sloje.
Uhelné sloje můžeme dobývat různými způsoby, v základě však
rozlišujeme dobývání hlubinné
a dobývání povrchové, které je výhodnější, pokud se sloje
nalézají nehluboko pod dnešním povrchem země.
HLUBINNÉ DOBÝVÁNÍ
Základem pro hlubinné dobývání uhlí je vyhloubení svislé jámy - šachty
z povrchu až k uhelné sloji. Šachty nemůžeme v krajině přehlédnout - tyčí se
totiž nad nimi těžní věže.Šachtou sjíždějí horníci do dolu a
vytěžené uhlí se vyváží na povrch. Šachtou se do dolu dopravuje také potřebný
materiál a energie - vedou tudy všechna potřebná potrubí i elektrické kabely.
Od šachty se pak razí všechny chodby potřebné k co
nejekonomičtějšímu vytěžení ložiska. Jsou to chodby převážně vodorovné a
často v několika patrech nad sebou. Svislý rozměr slojí nebo souborů slojí bývá i
mnoho desítek metrů.
Vodorovné chodby (říká se jim odborně horizontální důlní díla)
se označují podle svého účelu. Například tzv. překopy vedou
"hluchou" horninou od jámy k uhelné sloji. Svážné chodby
(jsou raženy pod určitým potřebným úhlem) spojují horizontální chodby
jednotlivých pater atd.
Velké uhelné ložisko je při svém dobývání nakonec protkáno
složitým systémem chodeb o délce mnoha kilometrů.
Způsobů vlastního dobývání ze sloje je mnoho. Volba záleží na mnoha
okolnostech, většinou na tvaru sloje, vlastnostech (např. pevnosti) uhlí a sousedních
hornin. Vždy však musí být při těžbě zabezpečeno několik základních
předpokladů. Především je to zabezpečení důlních děl proti zavalení uhlím nebo
horninou, větrání dolu a většinou i odvodňování dolu.
VYZTUŽOVÁNÍ
Pokud se důlní díla razí v pevné skalní hornině, není nutno je příliš
vyztužovat. Jsou-li však ražena v uhlí či v nesoudržných horninách (a to je u
uhelných ložisek takřka vždy), je třeba vyražené chodby a prostory vyztužit, aby
odolávaly velkým tlakům vrchních vrstev zvaných nadloží. Dnes se
pro vyztužování nejdůležitějších chodeb, např. dopravních, které slouží i
mnoho desítek let, používá betonová (železobetonová) výztuž.
U krátkodobějších děl poslouží ocelová výztuž. Tam, kde se
přímo dobývá, jsou stojky na potřebnou výšku nastavitelné - vybavené hydraulikou.
Pokud tlak převýší únosnost stojky, ta se nezničí, ale pouze se zmenší (stlačí)
její délka.
Dříve se pro vyztužování používalo výhradně dřevo. Dřevěné
výztuže byly velmi pracné, spotřebovalo se na ně mnoho cenného dříví a prakticky
se jen některé daly při opuštění díla znovu použít. Zkušení horníci je však
dlouho postrádali, neboť při zvýšení tlaku nadložních vrstev "varovaly".
Než totiž byly nadložním tlakem zničeny a dílo zavaleno, dřevěné stojky praskotem
namáhaného dřeva upozornily havíře, že je nejvýš nutné co nejrychleji utéci.
V porubech, tj. v místech, kde se uhlí přímo dobývá, nelze
budovat stabilní výztuž, neboť porub stále postupuje dopředu za těženou uhelnou
stěnou. Tam se pro ochranu pracovníků používá tzv. posuvná výztuž.
Je to ocelová hydraulická výztuž s pevnými štíty, chránícími horníky před
tlakem i shora padajícími kusy uhlí či horniny. Výztuž se posunuje za
postupujícími dobývacími mechanismy. Vydobytý prostor za postupující výztuží se
většinou zakládá, tzn. vyplňuje horninovým materiálem, nebo
úmyslně (řízeně) zavaluje horninami ze stropu.
 |
Kombajn ve stěnovém porubu. |
NÁVŠTĚVA V DOLECH
Před třiceti či padesáti lety vyhlížela asi takto:
Sjedeme dolů. Důl je několik set metrů hluboký. Klec se zastavila na
patře. Odtud se rozebíhají velké zděné a elektricky osvětlené chodby na všechny
strany. Na zemi jsou koleje, po nichž jezdí malé vlaky s vozíky naplněnými uhlím
nebo zpět zase prázdné pro uhlí. Hlavní chodba se dělí a my odbočíme do
postranní chodby, která nás zavede na pracoviště. To již není osvětleno
elektricky. Rozsvítíme si proto ruční kahany, které jsme dostali na cestu. Proti nám
občas zasvítí světlo jiného kahanu a ze tmy zazní srdečné: "Zdař Bůh
", starý pozdrav horníků.
Přicházíme k místu, kde se rubá uhlí. Několik horníků odlamuje
uhelnou vrstvu pneumatickými (na stlačený vzduch) sbíječkami a připravuje zásobu,
kterou jiní nakládají na běžící pás nebo na vozíky. Aby se stropy neprobořily,
podpírají se dřevěnými vzpěrami, které chrání život horníků. Vyrubané části
se někdy zasypávají přiváženým kamením - zakládkou nebo se samy zavalují
probořováním stropů.
Od takové těžby z jednotlivých porubů, které promyšleně postupovaly v ložisku,
aniž by se vzájemně ohrožovaly, přešlo se na frontální přístupy. V délce
několika desítek metrů se odebírala celá stěna chodby. Podřezáním stěny dole,
ručně při počvě, jak říkají havíři, a následným ručním
a později strojním sbíjením uhlí směrem k spodnímu zářezu.Toto stěnové
dobývání se rozvinulo v několik způsobů dalších. Byly vyvinuty brázdicí
stroje, jejichž ozubené řezací řetězy uhelný pilíř podřezávají.
Vznikly pluhy a škrabáky. Pak i rubací stroje kombinované s
nakládacími kombajny. Hoblují stěnu do hloubek i přes 60 cm. Jiné
stroje frézují svými otáčejícími se hlavami strop i počvu se záběrem (hloubkou
řezu) až 0,8 metru za hodinu najedou i 700 metrů po stěně. Sem tam z jedné strany na
druhou. Některé stačí svým záběrem i na sloj o mocnosti (výšce) přes tři metry!
VĚTRÁNÍ
Všechna důlní pracoviště musí být větrána. Jednak samozřejmě
proto, aby tam mohli horníci vůbec pracovat, jednak je potřeba z dolu odvádět
nejrůznější škodlivé či nebezpečné zplodiny, např. po střelné práci.
Nejjednodušší je přirozené větrání, kdy z jedné
strany (většinou těžní jámou - šachtou) je do dolu vzduch přiváděn a druhou
(tzv. větrnou jámou) zase odváděn ven. Cirkulaci vzduchu v důlních
dílech je většinou třeba pomáhat velkými ventilátory buď na vstupní, nebo
výstupní straně. Přirozený větrný proud prochází všemi průchozími díly a
větrá je. V dole je však řada "slepých" děl, nedokončených chodeb nebo
pracovišť, která nemají "východ". Do nich se čerstvý větrný proud
přivádí širokým potrubím, tzv. lutnami, pod tlakem.
ODVODŇOVÁNÍ
Většina hlubokých dolů trpí přítokem spodních vod. Pro jejich odstranění se
hloubí pod úrovní nejspodnějšího patra ještě tzv. žumpa, kde se
voda z celého dolu soustřeďuje a čerpadly vyčerpává z dolu na povrch. V historii,
kdy neexistovala dostatečně výkonná čerpadla, znamenala důlní voda občas takové
potíže, že kvůli ní musel být důl i opuštěn.
DOBÝVÁNÍ A DOPRAVA
Dobývat - to znamená rozrušit uhelnou sloj a dopravit uhlí k těžní jámě -
můžeme různými způsoby. Kdysi se to dělávalo ručně krumpáčem, lopatou a vozíky
taženými koňmi. Později se objevily sbíječky poháněné elektřinou nebo
stlačeným vzduchem.Dnes se užívá moderní mechanizace.
Připravený, chodbami ohraničený blok uhlí se rozrušuje například
uhelnými pluhy nebo brázdičkami. Rozpojené uhlí se pak jinými stroji - nakládači -
sype na dopravní pás a ten je odváží do vozíků na dopravních chodbách. Plné
vozíky vyváží těžní klec na povrch. Někdy vedou dopravní pásy až k těžní
jámě. Svůj náklad tam vysypou do speciálních velkých nádob (celé zařízení se
jmenuje skip), kterými je vyvážen na povrch.
VRTÁNÍ A STŘELNÉ PRÁCE
Vynález střelného prachu z Číny se nejprve uplatnil ve 14. a 15. století v
evropském válečnictví. Při něm horníci bývali nasazováni při různých
podkopových pracích k překonání hradeb a jistě poznali vůni i účinky střelného
prachu. Teprve tyrolský horník Kašpar Weindl se pokusil za úředního dohledu 8.ledna
1627 o "mírový" odstřel horniny. Bylo to v Báňské Štiavnici a je o tom
písemná zmínka. Vynález se rychle rozšířil. Horníci ručně vrtali (vysekávali)
jen díry pro nálože místo předchozí a pomalé celoplošné ubírky horniny
želízkem a mlátkem.
 |
Celkový pohled na důl v řezu. |
Dlátem asi palcového průměru se vybíjely díry až 40 cm hluboké, ty se do
poloviny naplnily střelným prachem a utěsnily kolíkem nebo jílovou ucpávkou.
Ucpávkou procházelo stéblo, také naplněné střelným prachem. Po zapálení
iniciovalo (přivedlo k výbuchu) vlastní nálož. Vrty pro střelnou práci se později,
též namáhavě, vyvrtávaly ručně nebozezem, pak i strojně.
Abychom se dostali k uhelné sloji, musíme často prorazit dlouhé chodby v
okolních horninách, které jsou zpravidla mnohem tvrdší než uhlí, takže nemůžeme
použít dobývací stroje.
V takovém případě se většinou používají střelné práce.
Do horniny se navrtají dostatečně dlouhé díry (vrty), nabijí se trhavinou a
odpálí. Rozmělněná hornina se z dolu vyveze a uloží na odval. Nebo
se na jiném místě v dole použije do vyrubaných prostorů.
Ruční vrtání se dnes používá jen výjimečně, existují pojízdné
vrtací stroje schopné vrtat několik vrtů najednou bez velké námahy pro obsluhu.
Využití trhavin nesmírně ulehčilo těžkou práci havířů. Do značné
míry se stalo v hornictví významným mezníkem.
ZAKLÁDÁNÍ
Při hlubinné těžbě nelze vyrubat beze zbytku celou sloj, která je často velice
rozsáhlá. Aby se důlní díla nezavalila (přestože jsou opatřena výztuží), je
třeba nechávat tzv. ochranné pilíře, uhelné bloky, které
podpírají nadložní vrstvy. Ještě důležitější je to v hustě obydlených
krajinách, kde v důsledku vzniku velkých podzemních prostor poklesává často krajina
na povrchu, budovy praskají a boří se, vznikají bezodtokové kotliny zaplňované
přitékající vodou.
Ke zmírnění těchto negativních účinků se vytěžené prostory znovu
naplňují tzv. zakládkou. Na potřebná místa se bud' zafoukává,
nebo zaplavuje vodou. Už z toho je zřejmé, že zakládka musí být speciálně
upravená, velmi jemná hornina (např. písek ap.).
POVRCHOVÉ DOBÝVÁNÍ
V místech, kde jsou uhelné sloje nehluboko pod povrchem (mohou to být i desítky
metrů), je výhodnější dobývat je nikoliv hlubinným způsobem, ale přímo z
povrchu.
V takovém případě je nutno odvést veškeré nadložní horniny
pokrývající uhlí a uložit je někde v blízkosti na tzv. výsypku.
Při obrovských množstvích přemisťované zeminy, rozsáhlém a hlubokém uhelném
lomu, není pak divu, že oblast povrchového
dobývání získává vzhled bezútěšné měsíční krajiny.
Povrchové dobývání je však levnější a ekonomičtější. Dá se jím
vytěžit také takřka 100 % uhelných zásob, což je při hlubinné těžbě
nesplnitelný sen. Pokud se při těžbě postupuje uvážlivě a citlivě, nemusí být
konečné škody ani příliš vysoké. Jámy po vybraném uhlí se dají částečně
zase zasypat a využít případně jako vodní nádrže. Cenná ornice z nadložních
vrstev nad slojí se může převézt na jiné místo. Zbylé výsypky se dají
rekultivovat, aby sloužily jako sady, vinohrady nebo třeba jako lyžařské svahy.
 |
Kolesové rýpadlo K 800 má
výkon kolem 5 000 m3 sypané zeminy za hodinu, korečkové rýpadlo má
obdobný teoretický výkon mezi 700 - 1000 m3. Do lžíce lopatkového
rýpadla se vejde přes 3m3 odebírané zeminy (skrývky) nebo uhlí. |
SKRÝVKA, TĚŽBA A DOPRAVA
Pod pojmem skrývka se rozumí odstranění nadložních vrstev
horniny nad uhelnou slojí a jejich doprava na co nejbližší místo, kde by
nepřekážely těžbě. Provádí se lopatovými, kolesovými nebo korečkovými rýpadly s co
nejvyšším výkonem. Pro dopravu se vesměs používají široké pásové dopravníky,
často o délce několika kilometrů.
K nejmohutnějším zařízením pro těžbu skrývky patří technologické
celky, skládající se z obřích kráčejících korečkových rýpadel,
spojených s pásovým mostem dopravujícím horninu od rýpadla.
Po odstranění nadloží se uhlí dobývá rovněž rýpadly. Ta jej
nakládají přímo v jámě uhelného lomu buď na velkokapacitní nákladní automobily,
nebo do železničních vagónů na provizorním kolejišti.
I když se i uhelné lomy musí odvodňovat a některé zvláště hluboké
lomy se musí i uměle větrat, je těžba mnohem jednodušší než hlubinná. Je
náročná na dobrou organizaci, neboť se většinou pracuje v nepřetržitém plynulém
pracovním cyklu.
|