Большая часть запасов угля в США (по оценке 72% пригодных для разработки) залегает на территории семи западных штатов. Хотя страна в настоящее время не испытывает дефицита в таких видах топлива, как нефть и природный газ, опыт показал, что топливная ситуация может быстро измениться, и, кроме того, более дешевое топливо в любом случае предпочтительнее дорогого.
В настоящее время относительно высокие цены на уголь, добываемый в западных штатах, объясняются большими расходами, связанными с его доставкой: большинство электростанций, потенциальных потребителей угля, расположено за пределами семи угледобывающих штатов. Строительство автомобильных и железных дорог к шахтам и карьерам, где добывается уголь, потребует огромных капиталовложений.
Альтернативным решением, связанным с меньшими, хотя и довольно высокими капиталовложениями, является строительство трубопроводов, по которым будет перекачиваться водно-угольная пульпа. Наиболее протяженным действующим в настоящее время трубопроводом для транспорта угольной пульпы является углепровод «Блэк-Меса», по которому уголь доставляется на расстояние 437 км от угольного карьера в северо-восточной части шт. Аризона до южной оконечности шт. Невада.
Перед загрузкой в трубопровод поступающий с карьера уголь дробится, смешивается с водой, и гидросмесь движется под действием трех гигантских поршневых насосов. Выходящая из трубопровода угольная пульпа перед поступлением на электростанцию направляется в специальные резервуары с мешалками, а из них в непрерывно действующие центрифуги, где вода отделяется от угля. Из центрифуг выходит продукт, напоминающий влажный черный прибрежный песок — это уголь, предназначенный для сжигания на электростанции.
Трубопровод «Блэк-Меса» непрерывно эксплуатируется с 1970 г. Его рассматривают как прототип гораздо более крупных трубопроводных систем, которые, возможно, будут построены на западе США до конца 80-х годов. Одна такая система проектируется фирмой Energy Transportation Systems, Inc. (ETSI); система этой фирмы «Этси» протяженностью 2250 км свяжет угледобывающие предприятия в шт. Вайоминг со шт. Оклахома, Техас и Луизиана. Перемещение взвешенных в воде твердых частиц представляет собой процесс, благодаря которому в геологической истории образовались дельты рек и глубокие каньоны.
Принцип его заключается в следующем: если скорость и турбулентность течения жидкости достаточно высоки, то она может переносить твердые частицы на неограниченные расстояния. Одной из таких крупных естественных систем гидротранспорта твердых частиц является р. Миссисипи в период весенних половодий: частицы почвы, поступающие в илистую бурную реку из истоков и притоков, перемешаются к дельте Миссисипи на расстояние более 1600 км. В среднем, в зависимости от гидрологических условий года, дельта реки увеличивается на 1,8 м, и в нее дополнительно поступает 450 млн. т ила.
Гидросмесь, текущая в подобных природных речных системах, имеет несколько общих черт с пульпой, приготовленной искусственно для транспортирования по трубопроводу. И в том и в другом случае смеси состоят из воды и мелких взвешенных частиц твердого вещества. В природной системе эти мелкие частицы образуются под действием эрозии, в трубопроводной системе их получают при измельчении в машинах.
Движение как природной, так и искусственной пульпы может обеспечиваться только при критической скорости или скорости, превышающей ее: в противном случае твердые частицы будут оседать. В обеих системах, природной и искусственной, твердые частицы отделяются от жидкости: в первом случае они образуют песчаные отмели или дельты, а во втором их отделяют механическим способом или путем выпаривания воды. В каждом из рассматриваемых случаев твердое вещество переносится из одного места в другое.
Физика транспорта пульпы по трубопроводу основана на принципах гидродинамики и гидростатики, заложенных еще во времена Архимеда. Однако наиболее важный научный вклад в теорию движения гидросмесей в трубопроводах сделан английским физиком XIX в. Осборном Рейнольдсом. Положения, содержащиеся в его статье «Экспериментальное исследование условий, которые определяют, будет ли течение воды в параллельных каналах прямолинейным (ламинарным) или извилистым (турбулентным), и закон сопротивления параллельных каналов», опубликованной в 1883 г., подготовили почву для сделанного позднее вывода о том, что турбулентность играет основную роль в перемещении твердых частиц в потоке воды. На основании наблюдений Рейнольде вывел формулу, позволяющую получить коэффициент, называемый числом Рейнольдса, по которому можно определить, является ли течение в трубе турбулентным или нет.