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.