Kulminedrift, udvinding af kulaflejringer fra jordoverfladen og fra undergrunden.
Kul er det mest rigelige fossile brændstof på Jorden. Dets fremherskende anvendelse har altid været til produktion af varmeenergi. Det var den grundlæggende energikilde, der brændte den industrielle revolution i det 18. og 19. århundrede, og den industrielle vækst i den æra støttede igen den store udnyttelse af kulaflejringer. Siden midten af det 20. århundrede har kul givet sin plads til olie og naturgas som verdens største energileverandør. Udvindingen af kul fra overflade- og underjordiske forekomster i dag er en meget produktiv, mekaniseret operation.
Historie
Antik brug af frisk kul
Der er arkæologiske beviser for, at kul blev brændt i begravelsespyrer i bronzealderen for 3.000 til 4.000 år siden i Wales. Aristoteles nævner kul (”brændbare organer”) i sin Meteorologica, og hans elev Theophrastus registrerer også dens anvendelse. Romerne i Storbritannien brændte kul inden annonce 400; der er fundet slagger blandt ruinerne af romerske villaer og byer og langs den romerske mur, især i Northumberland, nær udkanten af kulssømme. Hopi-indianerne fra det, der nu er det sydvestlige USA, udvindede kul ved at plukke og skrabe og brugte det til opvarmning, madlavning og i ceremoniekamre allerede i 1100-tals annoncen; i det 14. århundrede brugte de det industrielt i keramikfremstilling. Marco Polo rapporterer dens anvendelse som udbredt i Kina fra det 13. århundrede. Domesday Book (1086), der registrerede alt af økonomisk værdi i England, nævner ikke kul. Londons første kul ankom ad søvejen i 1228 fra områderne Fife og Northumberland, hvor klumper brudt fra ubådsudbrud og skyllede i land ved bølgeforhold blev samlet af kvinder og børn. Derefter blev navnet søenkul anvendt på alt bituminøst kul i England. Senere i århundredet begyndte munke at udvinde outcroppings i det nordlige England.
Udviklingen i mineindrejse
aksler
Bortset fra kineserne, der muligvis har udvindet kul under jorden, blev alle de tidlige kulssømme bearbejdet fra overfladen i fuldt eksponerede udbrud. I den senere middelalder tvang udmattelsen af udstødningskul mange steder en ændring fra overflade til underjordisk, eller skakt, minedrift. De tidlige skaktminer var lidt mere end brønde udvidet så meget som minearbejdere turde på grund af fare for sammenbrud. Aksler blev nedsænket på høj grund med adits - næsten horisontale tunneler - til dræning, der blev drevet ind på bakken. I England blev nogle lavvandede mineaksler opbrugt allerede i det 14. århundrede, hvilket gjorde det nødvendigt at gå dybere og udvide minedrift ved skaftbunden. Disse forblev små operationer; en registrering af 1684 viser 70 miner i nærheden af Bristol med 123 ansatte. Større dybde skabte mange problemer. For det første kunne vand ikke længere blot drænes væk. Der blev udtænkt råmetoder til at løfte den til overfladen. En spand-og-kæde enhed blev først drevet af mænd og senere af heste; et kontinuerligt bælte af cirkulære plader blev trukket op gennem et rør. Vindmøller blev brugt til pumper. Men aksler måtte begrænses til dybder på 90 til 105 meter (300 til 350 fod) og en minedradius på 180 meter. Først i 1710 blev vandproblemet lettet af Thomas Newcomens damp-atmosfæriske motor, der leverede en billig og pålidelig strømkilde til en lodret frem- og tilbagegående løftepumpe.
hejsning
At hæve kulet i sig selv var et andet problem. Arbejdskraft, der betjente et vindlas, blev erstattet af hestekræfter; og efterhånden som akslerne gik dybere, blev der tilføjet flere heste. I Whitehaven i 1801 blev kul hejset 180 meter af fire heste med en hastighed på 42–44 metriske ton (46-48 ton) på ni timer. Indførelsen af dampmaskinen til hejsning af kul var et stort vendepunkt for industrien. Små dampdrevne briller blev med succes afprøvet omkring 1770. Cirka 1840 blev det første bur brugt til at hejse den indlæste bil; og fra 1840 og fremefter var fremskridtene inden for kulmineteknikker hurtige.
Ventilation
Tilstedeværelsen af skadelige og brandfarlige gasser gjorde, at minearbejdere anerkendte den kritiske betydning af ventilation i kulminer fra de tidligste dage. Naturlig ventilation blev tilvejebragt ved jævne dræningstunneler drevet fra den skrånende overflade for at forbinde med skaftet. Overfladestakke over skaftet øgede ventilationseffektiviteten; brugen fortsatte i små miner indtil begyndelsen af det 20. århundrede. Den mest pålidelige metode før introduktionen af ventilatorer var brugen af en ovn i skaftbunden eller på overfladen. På trods af faren for brand og eksplosion var der stadig et stort antal ovne, der i det mindste i nongassy-miner opererede i begyndelsen af det 20. århundrede.
Oplysning om åben ild var imidlertid en meget mere almindelig årsag til eksplosioner indtil introduktionen af Davy sikkerhedslampe (ca. 1815), hvor flammen er indkapslet i et dobbelt lag trådgas, der forhindrer antændelse af antændelige gasser i luften af minen. Tilstedeværelsen af stærke luftstrømme gjorde dog selv Davy-lampen usikker.
Roterende ventilatorventilatorer blev introduceret i miner i 1700-tallet. Oprindeligt af træ og drevet af damp blev de forbedret gennem det 19. og 20. århundrede ved introduktionen af stålblade, elektrisk kraft og aerodynamisk effektive former til bladene.
Fra manuel til mekaniseret ekstraktion
Konventionel minedrift
Tidlige europæiske minearbejdere kiggede kul ud af sømmen eller brød det løs med et pluk. Efter introduktion af eksplosiver var det stadig nødvendigt at underskære kulssømmen med håndværktøj. Fremkomsten af damp, trykluft og elektricitet bragte lettelse fra dette hårde, farlige arbejde. I 1868, efter næsten 100 års forsøg og fejl, blev der introduceret en kommercielt vellykket drejehjulskærer til underskæring af kulssømmen i England. Dette første drevne skæreværktøj blev snart forbedret ved introduktion af komprimeret luft som en strømkilde i stedet for damp. Senere blev der brugt elektricitet. Langvægsskæret blev introduceret i 1891. Oprindeligt drevet af trykluft og senere elektrificeret kunne det begynde i den ene ende af en lang flade (det lodrette, udsatte tværsnit af en kulssøm) og skære kontinuerligt til den anden.
Udvikling af kontinuerlig minedrift
De ovenfor beskrevne konventionelle mineteknikker består af de cykliske operationer med skæring, boring, sprængning og belastning, udviklet i forbindelse med rum-og-søjle-minedrift. Den ældste af de grundlæggende underjordiske metoder, rum-og-søjle-minedrift voksede naturligt ud af behovet for at genvinde mere kul, da minedrift blev dybere og dyrere. I slutningen af 1940'erne begyndte konventionelle teknikker at blive erstattet af enkeltmaskiner, kendt som kontinuerlige minearbejdere, der brækkede kulet fra sømmen og overførte det tilbage til vognsystemet. Joy Ripper (1948) var den første kontinuerlige minearbejder, der var anvendelig til rum-og-søjle-metoden.
Oprindelse af longwall mining
Den anden vigtigste metode til moderne minedrift, longwall-minedrift, var blevet introduceret allerede i det 17. århundrede og havde fundet generel brug i det 19. århundrede, men den havde længe været mindre produktiv end rum- og søjle-minedrift. Dette begyndte at ændre sig i 1940'erne, da et kontinuerligt system, der involverede "ploven" blev udviklet af Wilhelm Loebbe fra Tyskland. Trukket på tværs af kulens flade og ført af et rør på forsiden af en segmenteret transportør, huggede ploven en klods fra bunden af sømmen. Transportøren snakede mod ansigtet bag den fremadskridende plov for at fange kulet, der flisede ud over gashen. Loebbe-systemet blev hurtigt populært i Tyskland, Frankrig og de lave lande væsentligt ved at reducere den krævede arbejdskraft på kulfladen (bortset fra den nødvendige til installation af tagstøtte).
Selve ploven havde begrænset anvendelse i britiske miner, men den kraft-avancerede segmenterede transportør blev en grundlæggende del af udstyret der, og i 1952 blev en simpel kontinuerlig maskine kaldet shearer introduceret. Når man trækkede langs ansigtet, transporterer transportøren, bar en række skiver udstyret med pluk på deres perimeter og monteret på en skaft vinkelret på ansigtet. De roterende skiver skar en skive fra kulfladen, da maskinen blev trukket langs, og en plov bag maskinen rensede alt kul, der faldt mellem fladen og transportøren.
Tagstøtte
Teknikken til at understøtte taget ved klippebolting blev almindelig i slutningen af 1940'erne og gjorde meget for at skabe et uhindret arbejdsområde til rum-og-søjle-minedrift, men det var en mødelig og langsom operation, der forhindrede longwall-minedrift i at realisere sit potentiale. I slutningen af 1950'erne blev dog drevne, selvfremmende tagstøtter indført af briterne. Individuelt eller i grupper kunne disse understøtninger, der er fastgjort til transportøren, være hydraulisk sænket, fremført og nulstillet mod taget, hvilket således giver et propfrit område til udstyr (mellem kulfladen og den første række af donkrafte) og en baldakin sti til minearbejdere (mellem den første og anden række af donkrafte).
haulage
Manuel arbejde til elektrisk kraft
I de første skaktminer blev kul lastet i kurve, der blev transporteret på ryggen af mænd eller kvinder eller lastet på træskeder eller sporvogne, der derefter blev skubbet eller trækket gennem hovedtransportvej til skaftbunden for at blive hængt på hejse reb eller kæder. I driv- og hældningsminer blev kulet bragt direkte til overfladen ved hjælp af disse og lignende metoder. Slæder blev først trukket af mænd og senere af dyr, inklusive muldyr, heste, okse og endda hunde og geder.
Damplokomotiver designet af Richard Trevithick blev brugt i markerne i Syd Wales og Tyne og senere i Pennsylvania og West Virginia, men de skabte for meget røg. Trykluftlokomotiver, der optrådte i 1880'erne, viste sig at være dyre at betjene. Elektriske lokomotiver, der blev introduceret i 1887, blev hurtigt populære, men muldyr og heste arbejdede stadig i nogle miner så sent som i 1940'erne.
Mekaniseret belastning
Indlæsningen af brudt kul i jernbanevogne blev forældet tidligt i det 20. århundrede af mobile læsere. Stanley Header, den første kulbelastningsmaskine, der blev brugt i USA, blev udviklet i England og testet i Colorado i 1888. Andre blev udviklet, men få gik videre end prototypetrinet, indtil Joy-maskinen blev introduceret i 1914. Ansatte i samlingen -arm princippet, Joy-maskinen leverede mønsteret til fremtidige vellykkede mobile læsere. Efter introduktionen i 1938 af elektrisk drevne, gummitrævede shuttlebiler, der er designet til at transportere kul fra lastmaskinen til elevatoren, erstattede mobil lastning og transport hurtigt sportransport i ansigtet af rum-og-søjleminer.
Transportører
I 1924 blev et transportbånd med succes brugt i en antracitgruve i det centrale Pennsylvania til at transportere kul fra en gruppe rumtransportører til en streng biler ved minerydningen. I 1960'erne havde remme næsten fuldstændigt erstattet jernbanevogne til mellemtransport.
