Bányászat
A Wikipédiából, a szabad lexikonból.
A bányászat sajátos helyet foglal el az őstermelés és az ipar között, mint az ipar alapját tartják számon, de nemcsak az ipart látja el alap- és nyers- és segédanyagokkal.
[szerkesztés] Fogalma
A Föld tömegéből, illetve annak kérgéből a hasznosítható ásványi nyersanyagok kutatásával, feltárásával, kitermelésével, minőségjavításával (előkészítésével, osztályozásával), szállításával, esetenként késztermék (pl: brikett) gyártásával és kereskedelmével foglalkozó tevékenységek összessége. Legtöbbször visszafordíthatatlan és drasztikus beavatkozás a természeti környezetbe, a nem megújuló ásványi nyersanyagok kitermelésére irányulóan. A hasznosítható ásványi nyersanyag lehet: szilárd, folyékony, gáznemű és geotermikus energia. A föld alatt elhelyezkedő ásványi nyersanyag mennyisége és minősége előzetesen csak korlátozottan ismerhető meg, ami a bányászat gazdasági kockázatát növeli.
[szerkesztés] A bányászat rövid, korai története
A bányászat története egyidős az emberiség történetével. Amikor az ősember használatba vette az első ásványi nyersanyagot és szerszámot készített belőle (kovakő), már bányászattal foglalkozott. A Kárpát-medencében a bányászkodás nagyon korai időkből származó leleteit tárták fel, 1951-ben Lovas község határában, ezek Európa legrégebbi bányászati emlékei. Egy vörös festékanyag bányát tártak fel a régészek, melynek korát 80.000 évre becsülik. Itt csontból és szarvas agancsából készített, a bányászathoz használt szerszámot tártak fel és megtalálták a vörös festék bányaüregeit is, melyek nagysága elérte a 100-150 m³-t, amiből arra következtettek, hogy az ősember nemcsak saját felhasználásra folytatta a festékföld bányászatát és már alkalmazta a tüzet a kőzet lazítására. A Sümeg területén feltárt obszidián bánya korát 6.000 évre becsülik, hasonló korúrnak tartják a Tata-Kálváriadomb és Miskolc-Avashegy térségében talált leleteket is.
Kr. e: 3500 körül már föld alatti bányászatot is folytattak, a Sínai-félszigeten ebből a korból származó aknákkal és tárókkal megnyitott türkiz bányát találtak.
Észak- és Dél-Amerika ősi kultúráiban is folytattak bányászatot, a nemesfémeket termésfém formájában (termésarany, termésezüst és termésréz) találták meg és gyűjtötték össze, dolgozták fel ékszereknek és használati tárgyaknak. Az így elérhető fémekkel is ki tudták elégíteni szükségleteiket, nem volt szükségük a kohósítással kinyerhető ércféleségek (nehezebben elérhető) bányászatára.
A közép-amerikai piramisok megépítéséhez szükséges hatalmas kőtömböket is bányászat útján nyerték, az egyiptomi piramisépítőkhöz hasonlóan. A régészeti kutatások mindkét területen be is azonosították a felhasznált kőzetféleségek alapján azok bányászatának helyszíneit. Egyiptomban a bányász rabszolgák elhelyezésére szolgáló települések nyomait is feltárták. Egyiptomban a hatalmas méretű föld alatti templomcsarnokok és temetkezési helyek kialakításakor is a bányász rabszolgák munkáját vették igénybe és már a föld alatti mérések (bányamérés) tudományát is magas színvonalon gyakorolták.
A korai kelta kultúrák korában emelt máig sem teljes bizonyossággal ismert célú gigantikus kőépítmények anyagait is bányászat útján biztosították.
A Római Birodalom korában arany-, ezüst- és sóbányákat üzemeltettek a kiterjedt birodalom számos területén: Cipruson, Észak-Afrikában, a Közép-Keleten, Hispániában valamint Pannóniában a Garam folyó mentén és Erdély területén is. Verespatakon ma is láthatók az abban az időszakban kivájt bányavágatok melyeket nemesfém ércek kinyerésére létesítettek és ahonnan római korból származó írásos emlékek (viasztáblák) is előkerültek, valamint nyomon követhetőek a bányászat tűz alkalmazásával folytatott kőzetbontó módszere.
Az agyagművesség, a kerámiák készítéséhez szükséges alapanyagot ugyancsak bányászat útján szerezték be.
[szerkesztés] Nemesfém ércek és egyéb fémércek bányászata
A nemesfémeket először termésfém formájában „gyűjtve” bányászták, de igen hamar felismerték, hogy a fémek különböző eljárásokkal, (pl: olvasztással) az ércekből is kinyerhetők. Az ókorban Cipruson, Görögországban. Egyiptom területén, Közép-Keleten és Indiában folyt nemesfém bányászat, de vasérc bányászatával is foglalkoztak.
A középkorban három terület látta el nemesfémekkel az akkori világot: a Szász-Cseh Érchegység térsége, a Felső-magyarországi Érchegység és az Erdélyi-Érchegység. Ezeken a területeken magas színvonalú bányászatot és feldolgozást, pénzverést folytattak. Jelentőségük csak Amerika felfedezése után csökkent, ahol a bőséges nemesfém előfordulások egy részét már az őslakosok használták.
Az újvilágban több aranylázat értek meg (és sokan pusztultak bele) a bevándorlók, melyek közül a legismertebbek a kaliforniai és az alaszkai volt. Hasonló jelenségek zajlottak le a közép- és dél-amerikai irányban történő terjeszkedés során is, de Ausztrália felfedezése után is kitört az aranyláz. Az aranylázak többször csak kezdeti sikereket hoztak, tartós bányászkodás csak kevés helyen alakult ki.
Korunkra a nagy teljesítményű, gépesített és automatizált, nagyobb tömegű de kisebb nemesfém tartalmú előfordulások bányászatát folytatják Kanadában, Alaszkában, Oroszországban, Dél-Afrikában és Ausztráliában.
A ma is bányászott nagyobb rézérc előfordulások Chilében, Oroszországban, Kazahsztánban, a kaukázusi országokban, Spanyolországban, Svédországban, Finnországban, Kanadában és Ausztráliában vannak.
A vasérc termelés legtöbbször követte a nemesfémek bányászatát, de több magas vastartalmú (elsősorban: magnetit) ércbányát üzemeltetnek Svédországban (évtizedek óta a legnagyobb vasércbánya Kirunában van), Ukrajnában, Oroszországban, Kanadában és Ausztráliában.
A fémércek bányászata tartalmazza még a mangán, cink, ón, ólom, kadmium, higany, bizmut, szelén, tellur, antimon, arzén, wolfram, molibdén, kobalt, nikkel, króm, platina, palládium, vanádium, titán, magnézium és a ritka földfémek érceinek bányászatát. Ezen fémércek a legváltozatosabb érctársulásokban fordulnak elő és szétválasztásuk külön előkészítés vagy kohászat során történik meg..
[szerkesztés] A szénbányászat
A szénbányászatot iparszerűen Angliában kezdték meg a 13. század folyamán de esetenként már korábban is használták a szenet és tőzeget. Kínában már 3.000 évvel ezelőtt használtak és termeltek szénféleségeket. A Római Birodalom fémöntői és kovácsai is ismerték és használtak kőszenet, de az arab világ korai jó minőségű acélféleségek előállítása is a bányászati és kohászati ismeretek széleskörű alkalmazását, valamint a vasérc és szén használatát tételezi fel.
A kőszéntelepek növényi eredetű, szilárd, éghető üledékes kőzetek, melyek a szénülési folyamat előrehaladottsága szerint lehetnek: tőzeg, barnakőszén(a lignit is), feketekőszén, antracit és grafit. A kőszéntelepek süllyedő, üledékgyűjtő medencékben képződtek, ahol a dús növényzet rendelkezésre állt, de szükséges feltétel volt a süllyedés következtében kialakuló nagy nyomás és magas hőmérséklet is valamint a szenesülő anyagra települő egyéb üledékes kőzetek. Az első kőszéntelepek a növényvilág térhódításával párhuzamosan keletkeztek.
A legidősebb ismert előfordulás Finnországban a sungit-nak nevezett algakőszén, melynek széntartalma 95% felett van. A képződés korát tekintve ezt a kuznyecki és Medve-tó (Kanada) menti devon korabeli előfordulások követik. A karbon kori telepcsoportok az Egyesült Államokban az Apalache-hegységben nagy területre kiterjedően, Angliában, Belgiumban, a Ruhr medencében, a Saar-vidéken, Sziléziában, a Donyeck-medencében ahol a nagy mélységben gazdag antracit telepek is vannak, a moszkvai medencében, az Ural-hegységben, Szibériában. Kazahsztánban, Indiában, Kínában, Ausztráliában és Dél-Afrikában, Japánban és Indonéziában jelentősek melyek nagy részét a nagy mélység miatt már nem művelik, a jól gépesíthető, nagy termelékenységet lehetővé tevő külszini fejtésekben folytatnak termelést és pl. Ausztráliából Európa kikötőibe is szállítanak feketekőszenet.
A legnagyobb barnakőszén előfordulások az eocén és miocén földtani korokban keletkeztek. Hatalmas, több tízezer km² területű előfordulások vannak az Egyesült Államok közép-nyugati területein. Közép-Németországban a Salde és Mulde közötti medence kiterjedése mintegy 2.000 km². Az alsó Rajnavidéki előfordulás Bonn és Köln között 45 km hosszban, 4-5 km szélességben húzódik, de jelenleg nem művelik. A volt NDK területén ma is folyik fiatalabb korú barnakőszenek bányászata, külszini fejtésekben. Romániában a Zsil völgyi előfordulás oligocén korű, de jó minőségű szurokkőszén több százmillió tonna készlettel. A magyarországi előfordulásokról lásd: a Szénbányászat Magyarországon.
[szerkesztés] A bauxitbányászat kezdetei
Az ősi idők óta folytatott bányászat egyik legfiatalabb ága, mert az alumínium jelentőségét annak ellenére, hogy a földkéreg leggyakoribb elemei közé tartozik, későn ismerték fel, ezért használata csak a 20. században lett jelentős és vált a század keresett fémévé. A kései felismerés oka az volt, hogy szabad állapotban az alumínium nem fordul elő, kőzetalkotó ásványként gyakori. A bauxitot 1821-ben egy francia kémikus Bertier fedezte fel, de vasércnek nyilvánította. Csak 1827-ben Wöhler tudott alumínium port előállítani, annak kloridjából. 1851-ben állították elő az első alumínium fémtömböt, amit az [[1855]-ben Franciaországban megrendezett Világkiállításon bemutattak be először. Az új fém hatalmas sikert aratott kedvező tulajdonságai miatt (kis térfogatsúly, jó alakíthatóság és a korrózióállóság), de tömeges felhasználása a hadiipari igényeknek volt köszönhető. Az alumínium közvetlenül a bauxitból csak igen költségesen állítható elő, szükséges egy közbenső termék a timföld előállítása, aminek lényegében ma is használatos eljárását K.J.Bayern 1887-ben szabadalmaztatta. Az alumínium oxidjából (timföldből) történő előállításhoz nagy mennyiségű villamos energia szükséges, így az iparszerű előállításához csak a 19. század végére tudták biztosítani az összes feltételt. A bauxit bányászatát Franciaországban kezdték meg, ahol kedvező geológiai körülmények között tudtak bányászatot folytatni, amely bányák mára már kimerültek. Ezt követően a franciaországi gyarmatokon folytattak bauxit bányászatot. Hazánkban a bauxit használatba vétele a 20. század elején kezdődött. (Lásd: Bauxitbányászat Magyarországon.)
Mára világszerte a legkedvezőbb gazdasági adottságú, könnyen gépesíthető nagy termelékenységű külszíni bányászatot fejlesztik, melyek Brazilia, Ausztrália és Ghana területén vannak, ahonnan már a tömeges szállítás is lehetséges.
[szerkesztés] Az uránérc bányászata
1789-ben a Porosz Tudományos Akadémia ülésén Martin Klaproth gyógyszerész jelentette be, hogy új elemet fedeztek fel a Szászországból származó szurkércben, amit „uranit”nak neveztek el. Csak évtizedekkel később, 1841-ben a francia Petigot állított elő tiszta uránfémet. A maghasadás jelenségének felfedezése kellett ahhoz, hogy az uránfém keresetté váljon, ami csak 1938-ban következett be. A maghasadás felfedezői a német Hahn ls Strussmann voltak.
Ezután szinte drámai versenyfutás kezdődött az uránfém hadiipari alkalmazása érdekében, Fermi, Einstein és Szilárd Leó levélben fordult az Egyesült Államok elnökéhez a Manhattan terv beindítása érdekében, melynek végrehajtásában élen járt a magyar származású Teller Ede és Wigner Jenő fizikusok is. A terv végrehajtásaként 1945. július 16-án felrobbantották az első kísérleti, majd elrettentésül három héttel később ledobták Hirosimára az atombombát.
1950 után kezdődött meg az atomerőművek létesítése, amelyek a hadipari alkalmazású plutónium előállítását célozták és melléktermékként állítottak elő a jövő útját jelentő villamos energiát ami az uránfém szükséglet megnövekedését eredményezte. Az uránfém ércei a legváltozatosabb megjelenési formát mutatják, az elsődleges szurokérctől a különböző kőzetek mállási üledékéig Az uránfém ércének termelésében Franciaország, az NDK, Csehország, (ezen két állam területére esett a nagy szurokérc vagyonnal rendelkező Szász-érchegység) Ukrajna, Kazahsztán, az Egyesült Államok járt élen. Ma már az fémurán termelés a termelt mennyiség nagysága szerint: (2002 évi adatok alapján) Kanada, Ausztrália, Oroszország, Niger, Kazahsztán, Namíbia, Üzbegisztán, Egyesült Államok, Dél-Afrika, Kína, Ukrajna. A hazai uránérc előfordulás és termelés a Uránércbányászat Magyarországon szócikk alatt található.
[szerkesztés] Szénhidrogén bányászat
A szénhidrogének szilárd, folyékony és gáznemű halmazállapotban találhatók. Irásos emlékek szerint az iraki Kirkuk városa közelében több mint 4000 éve égett a földgáz, egy 40-50 méter átmérőjű sziklamélyedésben. Az első felhasználás a természetes aszfalt formájában Babilon csatornaépítéseinél történt. A felszínen megjelenő olajakat lámpaolajként már évszázadok óta használták, Agricola fő művében már az akkor megtalálható bitumen lepárlását és használatát is ismertette.
A szénhidrogének keletkezésének és feldúsulásának minden részlete még ma is vitatott. A legelterjedtebb és legvalószínűbb elméletek szerint az egykor élő tengeri plankton féleségek tömeges elpusztulása és feldúsulása majd a magas nyomás és hőmérséklet hatására történő átalakulása kapcsán keletkezett. Tektonikai mozgások, hegységképző erők hatására a képződmény a különböző kőzetekben bekövetkezett mozgása következtében olyan porózus, mikroüreges kőzetekbe jutott ahol a fedő, tömör kőzetek csapdába ejtették és boltozatokban megrekedt, fajsúly szerint a víztől és a gáztól elkülönülve. A furólyukakon keresztül termelik ki a gázokat, könnyű- és nehézolajokat, a földi-viaszokat (ozokerit).
A felhasználásban a nagy áttörés a 18. század derekán történt amikor az Egyesült Államokban Pennsylvániában Drake ezredes titusvillei fúrása nyomán 1859-ben kitört az olajláz és szinte ezzel egy időben az oroszországi [Baku]] városa mellett kezdődött az iparszerű termelés. Amerikában Rockefeller, míg Oroszországban a Nóbel fivérek teremtettek rendet a termelés káoszában. Texasban és Oklahomában önálló vállalatokat alapítottak és megkezdték a kivitelt Európába, Indiába és a Távol-Keletre. Rövid időn belül a Holland Keletindiai Társaság Indonéziában tárt fel jelentős készleteteket, 1912-ben megkezdték az olajtermelést a perzsiai kőolaj mezőkön, de fejlődött Mexikó és Venezuela kőolajipara is.
Az I. világháborúban bebizonyosodott a folyékony tüzelőanyagok fölényét a kőszénnel szemben. A háborút követően a Közel-Keleten ütköztek az európai és amerikai érdekek, az ismert előfordulások kimerülésétől való aggodalom világszerte ösztönözte a kutatásokat. A kőolajtermelés 62 év alatt 1945 évre már 361 millió tonna lett, ami 1979-re már 3251 millió tonnára növekedett és többszöri árrobbanás következett be, az olaj (és földgáz) fegyverré vált, gazdasági válságokat okozva világszerte.
Időközben 1960-ban megalapították Bagdadban a Kőolaj-exportáló Országok Szervezetét (OPEC), az alapítók: Irak, Irán, Kuvait, Szaud-Arábia, Venezuela, majd rövid időn belül csatlakozott Ecuador, Egyesült Arab Emirátusok, Indonézia, Katar, Líbia, Nigéria és Gabon. Az OPEC szembeszállt a nyugati multinacionális vállalatok érdekeivel, de hamarosan felismerték, hogy nem nélkülözhetik azok szakértelmét és technikáját. Mára az energiatermelésen túl az ipar számos ágazatának nélkülözhetetlen alapanyagává vált. A növekvő igény és az egyre magasabb ár tovább ösztönözte a kutatásokat, egyrészt új területek bevonására, másrészt a kitermelési technológiák fejlesztésérem felismerve azt, hogy a csak a gáznyomásra hagyatkozó kitermeléskor a kőolaj jelentős része a kőzetek pórusaihoz kötődve veszteséggé válik. Másodlagos, harmadlagos kitermelési technológiákkal ma már a korábban kimerültnek minősített kutakból eredményes termelést folytatnak. (mélyszivattyuzás, rétegrepesztések, irányított ferde fúrások, inert gázok vagy víz besajtolás stb.) Felismerték azt is hogy a kezdetben csak a termelést elősegítő gázok hasznosításának igénye növekszik, kifejezetten gázok kinyerésére szolgáló kutak kiépítésére, cseppfolyósítására dolgoztak ki módszereket a könnyebb szállíthatóság érdekében, fejlesztették a csővezetékes továbbítást, az átmeneti földalatti tárolást, a készletezést és a kőolaj feldolgozását.
Nagy előrelépést jelentett a vízalatti kitermelési módszerek, eljárások fejlesztése, mely kezdetben a kontinentális talpazatokból (self) tette lehetővé a kutatást és a termelést, de ma már a mélytengeri alkalmazás is lehetővé vált, mesterséges szigetek, platformok alkalmazásával. A szilárd fázisokhoz kötött olajhomok és olajpala kitermelése is megkezdődött. Ekkor a kitermelt kőzettömegből az olajféleségeket leválasztják, de hasznosítják mint tüzelőanyagot is villamos erőművekben.
Az olajféleségek ára ma már teljesen elszakadt a kitermelés, szállítás és finomítás költségeitől, az ár az egyes államok gazdaságszabályozó eszközévé vált. Az olajtermelő országok igyekeznek az olaj jövedelmekből más iparágakat kialakítani, fejleszteni, gondolva a kitermelhető készletek véges voltára.
A már felsorolt OPEC államokon kívül jelentős szénhidrogén termelő ország: Norvégia, Nagy-Britannia, Mexikó, Egyesült Államok, Oroszország, Üzbegisztán, Grúzia, Örményország, Kazahsztán.
[szerkesztés] A bányászat szokásos osztályozásai
[szerkesztés] Külszini fejtés
A hasznosítható ásványi nyersanyag felett lévő talaj (kőzet) eltávolításával, a „letakarási arány” ( a hasznosítható anyag fölötti rétegek és a hasznosításra kerülő ásványi nyersanyag réteg vastagságának hányadosa) és a határmélység alapján, leggyakrabban gazdaságossági számításokkal eldöntendő kitermelési mód. A tőzegbányászatban, az építő- és díszítőkő, homok és kavicsbányászatban szinte kizárólagosan a külszini fejtést alkalmazzák, de a szénbányászat és az érc és nemfémes ásványok kinyerésére is használják. Előfordulnak több száz méter mélységű külszini fejtések is.
[szerkesztés] Mélyművelés
A hasznosításra kerülő ásványi nyersanyag felett elhelyezkedő talaj (kőzet) rétegek csak részben kerülnek eltávolításra vagy megbontásra, a hasznosítandó anyagot külön erre a célra létrehozott létesítményen keresztül (táró, altáró, lejtősakna, föggőlegesakna) közelítik meg és termelik ki, illetve végzik a termelés kiszolgálását. A termelés kiszolgéléséhoz szükséges építnényeket ( aknatornyok, gépházak, műhelyek, raktárak, fürdők, irodák és utak ) építését igyekeznek minél kisebb helyre összpontosítani, hogy azok számára a lehető legkisebb területű védőpillért keljen lefejtés nélkül biztosítani. A kitermelt ásványi nyersanyagok helyét esetenként idegen anyaggal töltik ki vagy üregként kibiztosítva vagy anélkül hagyják hátra a kitermelés után. Egyaránt alkalmazzák a szén, érc és nemfémes ásványok, valamint ritkábban a víz és különleges díszítőkövek bányászatánál is.
Előfordul a külszini fejtés és a mélyművelés különböző kombinációja is, amit általában gazdaságossági vagy környezetvédelmi okok befolyásolnak.
[szerkesztés] Fúrólyukakkal történő kitermelés
Termelési célra átalakított kutatófúrások, gyakrabban a kitermelés céljából létesített és kialakított mélyfúrási lyukakon keresztül történik a hasznosítható anyagok kinyerése. Leggyakoribb alkalmazása a szénhidrogén bányászatban van. Alkalmazzák más hasznosítható nyersanyag kitermelésénél is, így szén-dioxid-, nitrogén-, kén (felolvasztásos)- bányászatánál, de a kilúgzásos rézérc kinyerésre, a szén földalatti elgázosítására, a bakteriális érckinyerésre, kősó vízzel történő kioldására, víz és termálvíz hasznosítására és szinte kizárólagosan a geotermikus energia hasznosítása esetén. Gyakran használják a fúrólyukakat a külszini és mélyműveléses bányászattal kombinálva is. A fúrólyukakat függőlegesen vagy előre elhatározott módon a függőlegestől elhajló szögben, akár vízszintes irányban is elferdítve képezhetik ki. Elsődlegesen kutatási célokra alkalmazzák a külszini fejtések és a mélyművelés esetén, de a környezet előzetes vízmentesítésére (vizszint-süllyesztés), gázmentesítésére (metánlecsapolás), vízkizárásra vagy egyes kiegészítő tevékenységeknél is (például: víz továbbítása a felszínre, tömedékelő-anyag vagy építőanyag leadására) hasznosíthatják.
[szerkesztés] Víz alatti bányászat
Álló- és folyó- vagy tengervíz alóli ásványi nyersanyag kinyerése esetén alkalmazzák. A homok- és kavicsbányászatban gyakori, de alkalmazzák más ásványi nyersanyag kitermelésére is, amikor kotróhajóról vagy más erre a célra kifejlesztett építményről az erre alkalmas szivattyúkkal zagy formájában juttatják fel a nyersanyagot a felszínre, majd különböző eljárásokkal azt víztelenítik. Egyre elterjedtebb a szénhidrogén bányászatban a tengerekre telepített (vagy beúsztatott) platformokról, állványzatokról (mesterséges szigetekről) történő mélyfúrásokkal történő bányászat is.
[szerkesztés] Felosztása a hasznosítható anyag célja szerint
- Energetikai célú bányászat. Ide szokás sorolni a szén-. szénhidrogén- és uránérc bányászatot.
- Érc- és ásványbányászat.
- Homok- és kavicsbányászat.
- Építő- és díszítőkő bányászata.
- Talajjavító anyagok bányászata.
- Víz- és termálvíz bányászata.
- Geotermikus energia hasznosítása.
- Földgáz és kőolaj csővezetékes szállítása és földalatti tárolása.
[szerkesztés] Főbb bányaveszélyek szerinti besorolás
- Sújtólég veszélyes bányák.
- Gázkitörés veszélyes bányák.
- Porveszélyes bányák.
- Szénporrobbanás veszélyes bányák.
- Vízbetörés veszélyes bányák.
- Radioaktív sugárveszélyes bányák.
[szerkesztés] Külső források
- Boldizsár Tibor (szerk) Bányászati kézikönyv. III. Műszaki Könyvkiadó. 1963.
- Szurovy Géza: A kőolaj regénye. Hírlapkiadó. 1993.
- A magyar bányászat évezredes története. OMBKE. Budapest.2001.
- Dr. Faller Jenő: Jó szerencsét! Műszaki Könyvkiadó. 1971.
- Dr. Horn János (szerk.): Nem csak a szépre emlékezem. Bányász Kultúráért Alapítvány. 2004.
Based on work by