Hiilen louhinta, kivihiiliesiintymien talteenotto maan pinnalta ja maan alla.
Hiili on maapallon runsain fossiilinen polttoaine. Sitä on aina käytetty lämpöenergian tuottamiseen. Se oli 18–18-luvun teollisen vallankumouksen polttoaineena energianlähde, ja aikakauden teollisuuskasvu puolestaan tuki kivihiiliesiintymien laajamittaista hyödyntämistä. 1900-luvun puolivälistä lähtien kivihiili on antanut paikkansa öljylle ja maakaasulle maailman pääasiallisena energiantoimittajana. Kivihiilen louhinta pinta- ja maanalaisista esiintymistä on nykyään erittäin tuottava, koneistettu toiminta.
Historia
Kivihiilen muinainen käyttö
Arkeologisten todisteiden mukaan hiili poltettiin hautausmaissa pronssikaudella, 3000–4000 vuotta sitten, Walesissa. Aristoteles mainitsee hiilen ("palavat elimet") Meteorologicassa, ja myös hänen oppilaansa Theophrastus kirjaa sen käytön. Roomalaiset Britanniassa polttivat hiiltä ennen mainosta 400; Tuhoja on löydetty Rooman huviloiden ja kaupunkien raunioista ja Rooman muurista, etenkin Northumberlandista, lähellä hiilisaumojen paljastusta. Yhdysvaltojen lounaisosan hopi-intiaanit louhitsivat hiiltä keräämällä ja kaapimalla ja käyttivät sitä lämmitykseen, ruoanlaittoon ja seremoniakammioihin jo 12. vuosisadan mainoksella; 14-luvulla he käyttivät sitä teollisesti keramiikan valmistukseen. Marco Polo ilmoitti sen käytön olevan yleistä 13. vuosisadan Kiinassa. Domesday-kirjassa (1086), joka tallensi kaiken taloudellisen arvon Englannissa, ei mainita hiiltä. Lontoon ensimmäinen hiili saapui meritse vuonna 1228 Fifen ja Northumberlandin alueilta, missä naiset ja lapset keräsivät sukellusveneiden ulkopuolisista päästöistä rikkoutuneita ja rannalla pestyjä kappaleita. Sen jälkeen nimi merihiili käytettiin kaikkiin Englannin bitumihiileihin. Myöhemmin vuosisadalla munkit alkoivat kaivoksia kaivoksia Pohjois-Englannissa.
Kaivoksissa tapahtuvan kehityksen kehitys
akselit
Lukuun ottamatta kiinalaisia, jotka ovat saattaneet louhia kivihiiltä maan alla, kaikki varhaiset kivihiilisaumat työskentelivät pinnalta täysin paljailla sivurakenteilla. Myöhemmissä keskiaikoissa hiilidioksidin loppuminen kuitenkin pakotti monissa paikoissa tapahtuvan kaivostoiminnan muuttamaan maanpinnasta maan alle tai akseliksi. Varhaiset aksiaalikaivokset olivat vain vähän kuin kaivojen laajentuminen niin paljon kuin kaivojat uskalsivat romahtaa vaaraan. Akselit upotettiin korkealle maa-alueelle, jossa oli asennuksia - melkein vaakasuoriin tunneleihin - viemäriin, jotka ajettiin mäen puolelle. Englannissa jotkut matalasta kaivoksesta ajoivat loppuun jo 1400-luvulla, minkä vuoksi oli syytä syventää ja laajentaa kaivostoimitusta akselin pohjoissa. Nämä pysyivät pieninä toimina; 1684-luvun ennätys osoittaa 70 kaivoksen lähellä Bristolia ja työllistää 123 työntekijää. Suurempi syvyys aiheutti monia ongelmia. Ensinnäkin vettä ei enää voitu yksinkertaisesti tyhjentää. Raakamenetelmiä kehitettiin sen nostamiseksi pinnalle. Kauha- ja ketjulaitteita käyttivät ensin miehet ja myöhemmin hevoset; jatkuva pyöreiden levyjen hihna vedettiin putken läpi. Tuulimyllyjä käytettiin pumpuihin. Akselit oli kuitenkin rajoitettava 90–105 metrin (300–350 jalkaa) syvyyteen ja kaivossäteeseen 180 metriä. Vasta New Yorkin ilmakehän höyrymoottori, joka toimitti halvan ja luotettavan virtalähteen pystysuunnassa edestakaisin liikkuvalle hissipummalle, helpotti vasta vuonna 1710 vesiongelmaa.
hoisting
Itse hiilen nostaminen oli toinen ongelma. Tuulilasia käyttävä Manpower korvattiin hevosvoimalla; ja kun akselit menivät syvemmälle, lisää hevosia lisättiin. Whitehavenissa vuonna 1801 hiili nostettiin neljä hevosta 180 metriä nopeudella 42–44 tonnia (46–48 tonnia) yhdeksässä tunnissa. Höyrykoneen käyttöönotto kivihiilen nostamiseen oli merkittävä käännekohta teollisuudelle. Pieniä höyrykäyttöisiä tuulilaseja kokeiltiin menestyksekkäästi noin vuonna 1770. Noin vuonna 1840 ensimmäistä häkkiä käytettiin lastatun auton nostamiseen; ja vuodesta 1840 eteenpäin hiilen louhintatekniikan kehitys oli nopeaa.
Ilmanvaihto
Haitallisten ja palavien kaasujen esiintyminen sai kaivosmiehet tunnistamaan kivihiilikaivosten tuuletuksen kriittisen merkityksen jo varhaisista päivistä. Luonnollinen ilmanvaihto saatiin aikaan tasaisella viemäritunnelilla, jotka ajettiin kaltevalta pinnalta akseliin yhdistämistä varten. Akselin yläpintapinnat lisäsivät ilmanvaihdon tehokkuutta; niiden käyttö jatkui pienissä kaivoksissa 1900-luvun alkuun saakka. Luotettavin menetelmä ennen tuulettimien käyttöönottoa oli uunin käyttö akselin pohjalla tai pinnalla. Tulipalo- ja räjähdysvaarasta huolimatta 20. vuosisadan alkupuolella oli edelleen suuri määrä uuneja, ainakin ei-kaasumaisissa kaivoksissa.
Avoimen liekin valaistus oli kuitenkin paljon yleisempi räjähdysten aiheena Davy-turvavalon käyttöönottoon saakka (noin 1815), jolloin liekki on suljettu kaksoiskerrokseen lankaverkkoa, joka estää syttyvien kaasujen syttymisen ilmassa kaivoksesta. Voimakkaiden ilmavirtojen läsnäolo teki Davy-lampun kuitenkin vaarattomaksi.
Pyörivät tuulettimet otettiin käyttöön kaivoksissa 1800-luvulla. Alun perin puusta valmistettuja ja höyrykäyttöisiä tuotteita parannettiin koko 19. ja 20. vuosisadan ajan ottamalla käyttöön terälaikat, sähköteho ja aerodynaamisesti tehokkaat terät.
Manuaalisesta mekaaniseen poistoon
Tavanomainen kaivostoiminta
Varhaiset eurooppalaiset kaivostyöläiset veivät hiilen ulos saumasta tai rikkoivat sen löysästi poimimalla. Räjähteiden käyttöönoton jälkeen hiilisauma oli silti välttämätöntä alittaa käsityökaluilla. Höyryn, paineilman ja sähkön tulo helpotti tätä kovaa, vaarallista työtä. Vuonna 1868, lähes 100 vuoden kokeilun ja virheen jälkeen, Englannissa otettiin käyttöön kaupallisesti menestyvä pyörivän pyörän leikkuri hiilisauman alittamiseksi. Tätä ensimmäistä moottoriajoneuvoa parannettiin pian ottamalla käyttöön paineilma voimanlähteenä höyryn sijasta. Myöhemmin sähköä käytettiin. Pitkiseinäleikkuri otettiin käyttöön vuonna 1891. Alun perin paineilman ohjaamana ja myöhemmin sähköistettynä, se saattoi alkaa pitkän pinnan toisesta päästä (hiilen sauman pystysuora, paljastettu poikkileikkaus) ja leikata jatkuvasti toiseen.
Jatkuvan kaivostoiminnan kehittäminen
Edellä kuvatut tavanomaiset kaivostekniikat, jotka koostuvat leikkauksen, porauksen, räjäytyksen ja lastauksen syklisistä toimista, kehitettiin yhdessä huoneen ja pylvään louhinnan kanssa. Vanhin maanalaisista perusmenetelmistä, huone- ja pylväkaivostoiminta, kasvoi luonnollisesti tarpeesta talteenottaa enemmän hiiltä, kun kaivostoiminta tuli syvemmäksi ja kalliimmaksi. 1940-luvun lopulla tavanomaiset tekniikat alkoivat korvata yhtenäisillä koneilla, joita kutsutaan jatkuvatoimisiksi kaivostyöläisiksi, jotka katkaisivat hiilen saumasta ja siirsivät sen takaisin kuljetusjärjestelmään. Joy Ripper (1948) oli ensimmäinen jatkuva kaivuri, jota sovellettiin huone- ja pylväsmenetelmään.
Longwall-kaivostoiminnan alkuperä
Toinen nykyaikaisen kaivostoiminnan päämenetelmä, pitkäseininen kaivos, oli otettu käyttöön jo 1700-luvulla, ja se oli löytänyt yleisen käytön 1800-luvulle mennessä, mutta se oli pitkään ollut vähemmän tuottavaa kuin huone- ja pylväkaivos. Tämä alkoi muuttua 1940-luvulla, kun saksalainen Wilhelm Loebbe kehitti jatkuvan järjestelmän, johon kuului aura. Aura vedettiin hiilen pinnan yli ja segmentoidun kuljettimen puolella olevan putken ohjaamana aura veti tiivisteen sauman pohjalta. Kuljettaja käärme etenevän auran takana olevaa pintaa vasten kiinni hiiltä, joka hakattiin pois ylhäältä päin. Vähentämällä huomattavasti kivihiilen pinnalla tarvittavaa työvoimaa (lukuun ottamatta kattotuen asentamiseen tarvittavaa työvoimaa), Loebbe-järjestelmä tuli nopeasti suosituksi Saksassa, Ranskassa ja Alemmissa maissa.
Itse auran käyttö oli rajoitettua Britannian kaivoksissa, mutta moottoriteknisestä segmentoidusta kuljettimesta tuli keskeinen osa siellä olevia laitteita, ja vuonna 1952 otettiin käyttöön yksinkertainen jatkuva kone, nimeltään leikkaaja. Kuljettimella pintaa pitkin kuljettimen ohitse, leikkuri kantoi sarjan levyjä, jotka oli varustettu piireillä niiden kehällä ja asennettu akseliin kohtisuoraan kasvoihin nähden. Kierrelevyt leikkasivat viipaleen hiilestä, kun konetta vedettiin, ja koneen takana oleva aurat puhdistivat hiilen, joka putosi pinnan ja kuljettimen väliin.
Katon tuki
Katon tukemisen tekniikka kalliopultteilla tuli yleiseksi 1940-luvun lopulla, ja se auttoi paljon tarjoamaan esteettömän työskentelyalueen huoneiden ja pylväiden louhinnalle, mutta se oli työläs ja hidas toiminta, joka esti pitkäseinän kaivostoiminnan hyödyntämästä potentiaaliaan. 1950-luvun lopulla britit esittelivät kuitenkin moottorikäyttöisiä, itsestään eteneviä kattotukia. Yksittäin tai ryhmissä nämä kuljettimeen kiinnitetyt tuet voitaisiin laskea hydraulisesti, viedä eteenpäin ja palauttaa kattoa vasten siten, että laitteille (potkurihiilen ja ensimmäisen tunkirivin väliin) ei ole potkuritonta aluetta ja katos polku kaivostyöntekijöille (ensimmäisen ja toisen rivin väliin).
kuljetus
Käsityö sähkövoimaan
Ensimmäisissä akselikaivoksissa kivihiili ladattiin koriin, joita kannettiin miesten tai naisten selkänsä päälle, tai puisiin kelkoihin tai raitiovaunuihin, jotka sitten työnnettiin tai vedettiin pääkuljetusmatkan läpi akselin pohjalle ripustettavaksi nostoköysiin tai ketjut. Ajo- ja kaltevuuskaivoksissa hiili saatettiin suoraan pintaan näillä ja vastaavilla menetelmillä. Kelkat veivät ensin miehet ja myöhemmin eläimet, mukaan lukien muulit, hevoset, härät ja jopa koirat ja vuohet.
Richard Trevithickin suunnittelemia höyryvetureita käytettiin Etelä-Walesin ja Tynen sekä myöhemmin Pennsylvanian ja Länsi-Virginian pelloilla, mutta ne loivat liikaa savua. 1880-luvulla ilmestyneet paineilmaveturit osoittautuivat kalliiksi käyttää. Sähköveturit, jotka otettiin käyttöön vuonna 1887, tulivat nopeasti suosituiksi, mutta muulit ja hevoset toimivat yhä joissakin kaivoksissa vielä 1940-luvulla.
Mekaaninen lastaus
Rikkoutuneen kivihiilen lastaus käsin autovaunuihin vanhentui 20. vuosisadan alkupuolella liikkuvilla kuormaajilla. Stanley Header, ensimmäinen Yhdysvalloissa käytetty hiilen lastauslaite, kehitettiin Englannissa ja testattiin Coloradossa vuonna 1888. Muita kehitettiin, mutta muutama edistyi prototyyppivaiheen jälkeen, kunnes Joy-kone otettiin käyttöön vuonna 1914. Kokoelman työllistäminen Aseen periaatteessa Joy-kone tarjosi mallin tulevaisuuden menestyville liikkuville kuormaajille. Sen jälkeen kun vuonna 1938 otettiin käyttöön sähkökäyttöiset, kumi väsyneet sukkula-autot, jotka oli suunniteltu kuljettamaan hiiltä lastauskoneesta hissiin, siirrettävät lastaus- ja kuljetustoimet korvasivat nopeasti raidekuljetuksen huone- ja pylväskaivosten edessä.
kuljettimet
Vuonna 1924 kuljetushihnaa käytettiin menestyksekkäästi antrasiittikaivoksessa Pennsylvanian keskustassa kuljettamaan hiiltä huonekuljettimien ryhmästä autojen jonoon kaivoksen kohdalla. 1960-luvulle mennessä vyöt olivat melkein kokonaan korvanneet välikuljetusautot.
