В данной статье представлена информация об одной интересной осадочной породе, являющейся источником большого экономического значения. Эта удивительная по истории своего возникновения порода называется "каменный уголь". Образование его довольно любопытно. Следует отметить, что, несмотря на то, что порода эта составляет менее одного процента всех существующих на земле осадочных пород, она имеет большое значение во многих сферах жизни людей.
Общая информация
Каким образом формировался каменный уголь? Образование его включает в себя многие процессы, происходящие в природе.
Появился каменный уголь на Земле примерно 350 млн лет назад. Если объяснить по-простому, произошло это следующим образом. Стволы деревьев, падая в воду с прочей растительностью, постепенно образовывали огромные слои органической неразложившейся массы. Ограниченный доступ кислорода не давал разложиться и сгнить этому месиву, которое постепенно под своим весом погружалось все глубже. В течение длительного времени и в связи со смещением пластов земной коры эти слои ушли на значительную глубину, где под воздействием повышенных температур и большого давления произошло преобразование данной массы в уголь.
Ниже более подробно рассмотрим, как появился каменный уголь, образование которого очень интересно и любопытно.
Виды угля
На современных угольных месторождениях мира добывают разные виды каменного угля:
1. Антрациты. Это самые твердые сорта, добываемые с больших глубин и имеющие самую большую температуру сгорания.
2. Каменный уголь. Многие его сорта добываются открытым способом и в шахтах. Данный вид самый распространенный в сферах деятельности человека.
3. Бурый уголь. Это самый молодой вид, образовавшийся из остатков торфа и обладающий самой низкой температурой сгорания.
Все перечисленные формы каменного угля залегают пластами, а места их скопления называют угольными бассейнами.
Теории происхождения угля
Что такое каменный уголь? Проще говоря, данная осадочная порода представляет собой накопленные, со временем уплотненные и переработанные растения.
Существуют две теории, более популярной из которых является та, которой придерживаются многие геологи. Она заключается в следующем: растения, из которых состоит каменный уголь, скапливались в больших торфяных или пресноводных болотах в течение многих тысяч лет. Данная теория предполагает рост растительности в месте обнаружения пород и имеет название "автохтонная".
Другая теория основывается на том, что угольные пласты накопились из перенесенных из других мест растений, которые и отложились на новом участке в условиях затопления. Иными словами, уголь произошел из перенесенного растительного мусора. Вторая теория называется аллохтонной.
В обоих случаях источник образования каменного угля - растения.
Почему этот камень горит?
Основной химический элемент в угле, обладающий полезными свойствами, - углерод.
В зависимости от условий образования, процессов и возраста пластов каждое месторождение каменного угля содержит свой определенный процент углерода. Данный показатель и определяет качество природного топлива, поскольку уровень теплоотдачи связан напрямую с количеством окисляемого в процессе горения углерода. Чем выше теплота сгорания данной породы, тем она наиболее пригодна в качестве источника тепла и энергии.
Что такое каменный уголь для людей всего мира? В первую очередь это самое лучшее топливо, пригодное для разных сфер жизнедеятельности.
Об окаменелостях в угле
Виды растений ископаемых, обнаруживаемых в угле, не подтверждают автохтонную теорию происхождения. Почему? Например, деревья плауны и папоротники гигантские, характерные для угольных отложений Пенсильвании, могли произрастать в болотистых условиях, в то время как другие ископаемые растения того же бассейна (хвойное дерево или гигантский хвощ и пр.) предпочитали более просушенные почвы, а не болотистые места. Выходит, что они были перенесены каким-то образом в эти места.
Как появился каменный уголь? Образование в природе его удивительно. В угле часто встречаются и морские ископаемые: моллюски, рыбы и брахиоподы (или плеченогие). В пластах угля также встречаются угольные шарики (округлые скомканные массы прекрасно сохранившихся ископаемых растений и животных, в том числе и морских). Например, маленький морской червь кольчатый обычно обнаруживается прикрепленным к растениям в углях Северной Америки и Европы. Относятся они к каменноугольному периоду.
Залегание в угольных осадочных породах морских животных вперемежку с неморскими растениями говорит о том, что смешались они в процессе перемещения. Удивительные и длительные процессы происходили в природе, прежде чем окончательно сформировался каменный уголь. Образование его именно таким образом подтверждает аллохтонную теорию.
Удивительные находки
Наиболее интересные находки в слоях угля - это стволы деревьев, вертикально залегающих. Они часто пересекают огромные толщи пород перпендикулярно к напластованию угля. Деревья в таком вертикальном положении нередко встречаются в пластах, связанных с угольными отложениями, а чуть реже - в самом угле. Многие придерживаются мнения о перемещении и стволов деревьев.
Удивительным является то, что осадочные породы должны были настолько быстро накапливаться, чтобы покрыть эти деревья до того, как они испортились (сгнили) и упали.
Вот такая довольно интересная история формирования породы под названием каменный уголь. Образование в недрах земли подобных слоев является поводом для дальнейших исследований в поисках ответов на многочисленные вопросы.
Откуда глыбы в угле?
Впечатляющей внешней особенностью угля является содержание в нем огромных глыб. Эти крупные глыбы на протяжении уже более ста лет обнаруживаются в угольных пластах многих месторождений. Средний вес 40 глыб, собранных в месторождении угля Западной Вирджинии, составлял около 12 фунтов, а крупнейший - 161 фунт. Причем многие из них представляли собой метаморфическую или вулканическую породу.
Исследователь Прайс предположил, что они могли перенестись в месторождение каменного угля в Вирджинии издалека, вплетаясь в корни деревьев. И данное заключение тоже поддерживает аллохтонную модель образования угля.
Заключение
Множество исследований доказывают истинность именно аллохтонной теории формирования каменного угля: наличие останков наземных и морских животных и растений подразумевает их перемещение.
Также исследования доказали, что метаморфизм данной породы не требует длительного времени (миллионы лет) воздействия давления и тепла - он может образоваться и в результате быстрого нагревания. А вертикально расположенные в угольных осадках деревья подтверждают довольно быстрое накопление остатков растительности.
Антрацит - самый древний из ископаемых углей, уголь наиболее высокой степени углефикации.
Характеризуется большой плотностью и блеском. Содержит 95 % углерода. Применяется как твердое высококалорийное топливо (теплотворность 6800-8350 ккал/кг).
Каменный уголь
Каменный уголь - осадочная порода, представляющая собой продукт глубокого разложения остатков растений (древовидных папоротников , хвощей и плаунов , а также первых голосеменных растений). Большинство залежей каменного угля было образовано в палеозое , преимущественно в каменноугольном периоде , примерно 300-350 миллионов лет тому назад.
По химическому составу каменный уголь представляет смесь высокомолекулярных полициклических ароматических соединений с высокой массовой долей углерода , а также воды и летучих веществ с небольшими количествами минеральных примесей, при сжигании угля образующих золу . Ископаемые угли отличаются друг от друга соотношением слагающих их компонентов, что определяет их теплоту сгорания. Ряд органических соединений, входящие в состав каменного угля, обладает канцерогенными свойствами. Содержание углерода в каменном угле, в зависимости от его сорта, составляет от 75% до 95%.
Бурый уголь
Бурый уголь - твердый ископаемый уголь, образовавшийся из торфа , содержит 65-70 % углерода , имеет бурый цвет, наиболее молодой из ископаемых углей. Используется как местное топливо, а также как химическое сырье.
Образование угля
Для образования угля необходимо обильное накопление растительной массы. В древних торфяных болотах , начиная с девонского периода , накапливалось органическое вещество, из которого без доступа кислорода формировались ископаемые угли. Большинство промышленных месторождений ископаемого угля относится к этому периоду, хотя существуют и более молодые месторождения. Возраст самых древних углей оценивается примерно в 350 миллионов лет.
Уголь образуется в условиях, когда гниющий растительный материал накапливается быстрее, чем происходит его бактериальное разложение. Идеальная обстановка для этого создаётся в болотах , где стоячая вода, обеднённая кислородом , препятствует жизнедеятельности бактерий и тем самым предохраняет растительную массу от полного разрушения. На определённой стадии процесса выделяемые в ходе его кислоты предотвращают дальнейшую деятельность бактерий . Так возникает торф - исходный продукт для образования угля. Если затем происходит его захоронение под другими наносами, то торф испытывает сжатие и, теряя воду и газы, преобразуется в уголь.
Под давлением наслоений осадков толщиной в 1 километр из 20-метрового слоя торфа получается пласт бурого угля толщиной 4 метра. Если глубина погребения растительного материала достигает 3 километров, то такой же слой торфа превратится в пласт каменного угля толщиной 2 метра. На большей глубине, порядка 6 километров, и при более высокой температуре 20-метровый слой торфа становится пластом антрацита толщиной в 1,5 метра.
Доказанные запасы угля
| Страна | Каменный уголь | Бурый уголь | Всего | % |
|---|---|---|---|---|
| США | 111338 | 135305 | 246643 | 27,1 |
| Россия | 49088 | 107922 | 157010 | 17,3 |
| Китай | 62200 | 52300 | 114500 | 12,6 |
| Индия | 90085 | 2360 | 92445 | 10,2 |
| Австралийский Союз | 38600 | 39900 | 78500 | 8,6 |
| Южная Африка | 48750 | 0 | 48750 | 5,4 |
| Казахстан | 28151 | 3128 | 31279 | 3,4 |
| Украина | 16274 | 17879 | 34153 | 3,8 |
| Польша | 14000 | 0 | 14000 | 1,5 |
| Бразилия | 0 | 10113 | 10113 | 1,1 |
| Германия | 183 | 6556 | 6739 | 0,7 |
| Колумбия | 6230 | 381 | 6611 | 0,7 |
| Канада | 3471 | 3107 | 6578 | 0,7 |
| Чехия | 2094 | 3458 | 5552 | 0,6 |
| Индонезия | 740 | 4228 | 4968 | 0,5 |
| Турция | 278 | 3908 | 4186 | 0,5 |
| Мадагаскар | 198 | 3159 | 3357 | 0,4 |
| Пакистан | 0 | 3050 | 3050 | 0,3 |
| Болгария | 4 | 2183 | 2187 | 0,2 |
| Таиланд | 0 | 1354 | 1354 | 0,1 |
| Северная Корея | 300 | 300 | 600 | 0,1 |
| Новая Зеландия | 33 | 538 | 571 | 0,1 |
| Испания | 200 | 330 | 530 | 0,1 |
| Зимбабве | 502 | 0 | 502 | 0,1 |
| Румыния | 22 | 472 | 494 | 0,1 |
| Венесуэла | 479 | 0 | 479 | 0,1 |
| Всего | 478771 | 430293 | 909064 | 100,0 |
Уголь в России
Виды угля
В России в зависимости от стадии метаморфизма различают: бурые угли , каменные угли , антрациты и графиты . Интересно, что в западных странах имеет место несколько иная классификация: соответственно, лигниты, суббитуминозные угли, битуминозные угли, антрациты и графиты.
- Бурые угли. Содержат много воды (43 %), и поэтому имеют низкую теплоту сгорания. Кроме того, содержат большое кол-во летучих веществ (до 50 %). Образуются из отмерших органических остатков под давлением нагрузки и под действием повышенной температуры на глубинах порядка 1 километра.
- Каменные угли. Содержат до 12 % влаги (3-4 % внутренней), поэтому имеют более высокую теплоту сгорания. Содержат до 32 % летучих веществ, за счёт чего неплохо воспламеняются. Образуются из бурого угля на глубинах порядка 3 километров.
- Антрациты. Почти целиком (96 %) состоят из углерода. Имеют наибольшую теплоту сгорания, но плохо воспламеняются. Образуются из каменного угля при повышении давления и температуры на глубинах порядка 6 километров. Используются в основном в химической промышленности
История добычи угля в России
Становление угольной промышленности в России относится к первой четверти XIX в., когда уже были открыты основные угольные бассейны.
Динамику объёмов добычи ископаемого угля в Российской империи можно посмотреть .
Запасы угля в России
В России сосредоточено 5,5 %(почему такая разница с процентом доказанных запасов угля на 2006 год?-потому что большая часть не пригодна к разработке-Сибирь и вечная мерзлота) мировых запасов угля, что составляет более 200 млрд тонн. Из них 70 % приходится на запасы бурого угля.
- В 2004 году в России было добыто 283 млн тонн угля. 76,1 млн тонн было отправлено на экспорт.
- В 2005 году в России было добыто 298 млн тонн угля. 79,61 млн тонн было отправлено на экспорт.
В России в 2004 году имелся дефицит коксующихся углей марок «Ж» и «К» в размере не менее 10 млн тонн (оценка ВУХИН), что связано с выбытием добывающих мощностей в Воркуте и Кузбассе.
Крупнейшие перспективные месторождения
Эльгинское месторождение (Саха). Принадлежит ОАО «Мечел ». Наиболее перспективный объект для открытой разработки - находится на юго-востоке Республики Саха (Якутия) в 415 км к востоку от города Нерюнгри. Площадь месторождения 246 км². Месторождение представляет собой пологую брахисинклинальную асимметричную складку. Угленосны отложения верхней юры и нижнего мела. Основные угольные пласты приурочены к отложениям нерюнгринской (6 пластов мощностью 0,7-17 м) и ундыктанской (18 пластов мощностью также 0,7-17 м) свит. Большая часть ресурсов угля сосредоточена в четырёх пластах y4, y5, н15, н16 обычно сложного строения. Угли в основном полублестящие линзовидно-полосчатые с очень высоким содержанием наиболее ценного компонента - витринита (78-98 %). По степени метаморфизма угли относятся к III (жирной) стадии. Марка угля Ж, группа 2Ж. Угли средне- и высокозольные (15-24 %), малосернистые (0,2 %), малофосфористые (0,01 %), хорошо спекающиеся (Y = 28-37 мм), с высокой теплотой сгорания (28 МДж/кг). Эльгинский уголь можно обогатить до высших мировых стандартов и получить экспортный коксующийся уголь высокого качества. Месторождение представлено мощными (до 17 метров) пологими пластами с перекрывающими отложениями небольшой мощности (коэффициент вскрыши - около 3 куб м на тонну рядового угля), что очень выгодно для организации добычи открытым способом.
Элегестское месторождение (Тыва) обладает запасами около 1 млрд т коксующегося угля дефицитной марки «Ж» (общий объём запасов оценивается в 20 млрд т). 80 % запасов находится в одном пласте толщиной 6,4 м (лучшие шахты Кузбасса работают в пластах толщиной 2-3 м, в Воркуте уголь добывают из пластов тоньше 1 м). После выхода на проектную мощность к 2012 году на Элегесте ожидается -добыча 12 млн т угля ежегодно. Лицензия на разработку элегестских углей принадлежит Енисейской промышленной компании, которая входит в структуру «Объединенной промышленной корпорации» (ОПК). Правительственная комиссия по инвестиционным проектам РФ 22 марта 2007 года одобрила реализацию проектов по строительству железнодорожной линии «Кызыл-Курагино» в увязке с освоением минерально-сырьевой базы Республики Тува.
Крупнейшие российские производители угля
Газификация угля
Данное направление утилизации угля связано с его так называемым "неэнергетическим" использованием. Речь идёт о переработке угля в другие виды топлива (например, в горючий газ, среднетемпературный кокс и др.), предшествующей или сопутствующей получению из него тепловой энергии. Например, в Германии в годы Второй мировой войны технологии газификации угля активно применялись для производства моторного топлива. В ЮАР на заводе SASOL с использованием технологии слоевой газификации под давлением, первые разработки которой были также выполнены в Германии в 30-40-е годы XX века, в настоящее время из бурого угля производится более 100 наименований продукции. (Данный процесс газификации известен также под названием "способ Lurgi".)
В СССР технологии газификации угля в частности активно разрабатывались в Научно-исследовательском и проектно-конструкторском институте по проблемам развития Канско-Ачинского угольного бассейна (КАТЭКНИИуголь) с целью повышения эффективности использования канско-ачинских бурых углей. Сотрудниками института был разработан ряд уникальных технологий переработки низкозольных бурых и каменных углей. Данные угли могут быть подвержены энерготехнологической переработке в такие ценные продукты, как среднетемпературный кокс , способный служить заменителем классическому коксу в ряде металлургических процессов, горючий газ , пригодный, например, для сжигания в газовых котлах в качестве заменителя природного газа, и синтез-газ , который может использоваться при производстве синтетических углеводородных топлив. Сжигание топлив, получаемых в результате энерготехнологической переработки угля, даёт существенный выигрыш в показателях вредных выбросов относительно сжигания исходного угля.
После развала СССР КАТЭКНИИуголь был ликвидирован, а сотрудники института, занимавшиеся разработкой технологий газификации угля, создали собственное предприятие. В 1996 году был построен завод по переработке угля в сорбент и горючий газ в г. Красноярске (Красноярский край, Россия). В основу завода легла запатентованная технология слоевой газификации угля с обращённым дутьём (или обращённый процесс слоевой газификации угля). Этот завод работает и в настоящее время. Ввиду исключительно низких (по сравнению с традиционными технологиями сжигания угля) показателей вредных выбросов он свободно располагается неподалёку от центра города. В дальнейшем на основе этой же технологии был построен также демонстрационный завод по производству бытовых брикетов в Монголии (2008 г.).
Следует отметить некоторые характерные отличия технологии слоевой газификации угля с обращённым дутьём от прямого процесса газификации, одна из разновидностей которого (газификация под давлением) используется на заводе SASOL в ЮАР. Производимый в обращённом процессе горючий газ, в отличие от прямого процесса, не содержит продуктов пиролиза угля, поэтому в обращённом процессе не требуются сложные и дорогостоящие системы газоочистки. Кроме того, в обращённом процессе возможно организовать неполную газификацию (карбонизацию) угля. При этом производятся сразу два полезных продукта: среднетемпературный кокс (карбонизат) и горючий газ. Преимуществом прямого процесса газификации, с другой стороны, является его более высокая производительность. В период наиболее активного развития технологий газификации угля (первая половина XX века) это обусловило практически полное отсутствие интереса к обращённому процессу слоевой газификации угля. Однако в настоящее время рыночная конъюнктура такова, что стоимость одного только среднетемпературного кокса, производимого в обращённом процессе газификации угля (при карбонизации), позволяет компенсировать все затраты на его производство. Попутный продукт - горючий газ, пригодный для сжигания в газовых котлах с целью получения тепловой и/или электрической энергии, - в этом случае имеет условно нулевую себестоимость. Это обстоятельство обеспечивает высокую инвестиционную привлекательность данной технологии.
Ещё одной известной технологией газификации бурого угля, является энерготехнологическая переработка угля в среднетемпературный кокс и тепловую энергию в установке с псевдоожиженным (кипящим) слоем топлива. Важным преимуществом данной технологии является возможность её реализации путём реконструкции типовых угольных котлов. При этом сохраняется на прежнем уровне производительность котла по тепловой энергии. Подобный проект реконструкции типового котла реализован, например, на разрезе "Берёзовский" (Красноярский край, Россия). В сравнении с технологией слоевой газификации угля энерготехнологическая переработка угля в среднетемпературный кокс в псевдоожиженном слое отличается существенно более высокой (в 15-20 раз выше) производительностью.
«Как образовался каменный уголь» краткое сообщение, изложенное в этой статье, поможет Вам подготовиться к занятию и расширить область своих знаний на эту тему.
Сообщение «Как образовался каменный уголь»
Каменный уголь являет собой невосстановимое исчерпаемое твердое полезное ископаемое, используемое человеком для получения тепла в процессе его сжигания. Он относится к горным осадочным породам.
Что нужно для образования каменного угля?
Во-первых, большое количество времени. Когда из растений на дне болот образуется торф, то возникают химические соединения: растения распадаются, частично растворяются или превращаются в метан, углекислый газ.
Во-вторых, всевозможные грибки и бактерии. Благодаря им происходит разложение растительной ткани. Торф начинает накапливать стойкое вещество под названием углерод, которого становиться со временем все больше.
В-третьих, отсутствие кислорода. Если бы он накапливался в торфе, то каменный уголь не смог бы образоваться и просто улетучился.
Как образуется каменный уголь в природе?
Залежи каменного угля образовались из огромного количества растительной массы. Идеальные условия – когда все эти растения накопились в одном месте и не успели полностью разложиться. Болота подходят для этого процесса как нельзя лучше: вода бедная на кислород и поэтому жизнедеятельность бактерий приостанавливается.
После того как растительная масса накопилась в болотах, она, не успев полностью сгнить, спрессовывается отложениями почвы. Так образовывается исходный материал угля – торф. Пласты почвы запечатывают его в земле без доступа кислорода и воды. Со временем торф превращается в пласт угля. Данный процесс длительный – значительная часть запасов каменного угля образовалась больше 300 млн. лет назад.
И чем дольше по времени уголь залегает в пластах земли, тем сильнее ископаемое подвергается действию и давлению глубинного жара. В болотах, где накапливается торф, с водой попадают песок, глина и растворенные вещества, которые откладываются в угле. Данные примеси дают прослои в полезном ископаемом, разделяя его на слои. При очищении угля от них остается одна зола.
Выделяют несколько видов угля — каменный уголь, бурый уголь, лигнит, богхед, антрацит. Сегодня в мире насчитывается 3,6 тысяч угольных бассейнов, которые занимают 15% земной суши. Наибольший процент мирового запаса ископаемого принадлежит США (23%), второе место заняла Россия (13%), а третье – Китай (11%).
Надеемся, что доклад «Как образовался каменный уголь» помог Вам подготовиться к занятию. А дополнить сообщение на тему «Как образовался каменный уголь», Вы можете через форму комментариев.
Добыча угля как индустриальная отрасль получила широкое распространение в начале ХХ века и по сей день продолжает относиться к одним из самых прибыльных видов добычи залежей полезных ископаемых. Уголь добывают в промышленных масштабах по всему миру.
Вопреки общепринятому мнению, данное ископаемое используется не только в виде качественного топлива. В середине ХХ века угольная промышленность дала мощный толчок к развитию научных исследований по выделению углеводородов из полезных ископаемых.
Где ведется добыча
Самые крупные страны, добывающие каменный уголь – КНР, США, Индия. занимает 6 место в мировом рейтинге по его добыче, хотя по запасам входит в тройку лидеров.
В России добывают бурый, уголь, каменный уголь (в т.ч коксующийся) и антрацит. Основные угледобывающие районы в России – это Кемеровская область, Красноярский край, Иркутская область, Чита, Бурятия, республика Коми. Есть уголь на Урале, Дальнем Востоке, на Камчатке, в Якутии, Тульской и Калужской областях. В России 16 угольных бассейнов. Один из самых крупных – , там добывается больше половины каменных углей России.
Как добывают каменный уголь
В зависимости от глубины залегания угольного пласта, его площади, формы, толщины, различных географических и экологических факторов выбирается определенный метод добычи угля. К основным таким способам относятся следующие:
- шахтный;
- разработки в угольном карьере;
- гидравлический.
Кроме того, существует добыча угля открытым способом, при условии что угольный пласт залегает на глубине не более ста метров. Но данный способ по форме очень схож с карьерными угольными разработками.
Шахтный способ
Этот метод применяется при с больших глубин и имеет неоспоримое преимущество перед открытыми методами углевыработки: уголь на большой глубине более качественный и практически не содержит примесей.
Для доступа к угольным пластам бурят горизонтальные или вертикальные туннели (штольни и шахты). Известны случаи угольных разработок на глубине до 1500 метров (шахты «Гвардейская», «Шахтерская-Глубокая»).
Подземную добычу угля относят к одной из самых сложных специализаций ввиду ряда опасностей:
- Постоянная угроза прорыва подземных вод в шахтный ствол.
- Постоянная угроза прорыва сопутствующих газов в шахтный ствол. Кроме возможного удушья, особая опасность – взрывы и пожары.
- Несчастные случаи в связи с высокой температурой на больших глубинах (до 60 градусов), неосторожным обращением с оборудованием и т.д.
Данным способом из земных недр извлекают примерно 36 % мировых запасов угля, что составляет 2625,7 млн т.
Открытый способ
Разработки по в угольном карьере относятся по своей классификации к открытому способу добычи угля, поскольку не требуют бурения шахт и штолен на большую глубину.
Этот способ добычи заключается в подрыве и удалении вскрыши (пласта лишних пород над угольными залежами) с места разработок. После этого при помощи экскаваторов, водяных пушек, бульдозеров, дробилок, драглайнов и конвейеров происходит дробление породы и передача её дальше.
Данный способ добычи угля считается менее безопасным, чем закрытый (шахтный). Но и он имеет определенные факторы риска, связанные с неосторожным обращением с оборудованием и крупногабаритным транспортом, возможностью отравления выхлопными газами и сопровождающими машинную деятельность веществами.
Существенным минусом данного способа считается нанесение большого вредя окружающей среде вследствие снятия большой площади земельного слоя и сопутствующих ему природных элементов.
Открытый способ считается одним из самых распространенных в мире – с его помощью добывается более 55% угля в год, что составляет 4102,1 млн т.
Впервые его начали применять в Советском союзе в 30-х годах ХХ века. Он предполагает добычу угля в глубоких шахтах, при этом транспортировка на поверхность угольной породы происходит с помощью водных струй под напряжением. Данный способ позволил использовать недостаток подземной добычи угля – подземные воды – себе во благо.
В последнее время гидравлическую добычу угля считают одним из самых респектабельных способов. Она способна заменить трудоемкий и опасный процесс добычи угля шахтерами, вместо которых разрушительной и подъемной силой будет выступать вода.
К минусам данного способа добычи угля относят следующие:
- постоянный контакт рабочих инструментов и механизмов с водой и горной породой;
- определенные трудности при замене или починке рабочего оборудования;
- зависимость процесса добычи угля от толщины, угла наклона и твердости горной породы.
Данным способом ежегодно добывается примерно 7,5 % угля, что составляет 545,5 млн т.
«Таят в себе недра Земли: синий лазурит, зелёный малахит, розовый родонит, сиреневый чароит... В пёстрой гамме этих и многих других минералов ископаемый уголь выглядит, конечно, скромно».
Так пишет Эдвард Мартин в своем труде «История кусочка каменного угля», и с ним нельзя не согласиться. Но учитывая пользу, которую уголь приносит людям с незапамятных времен, на это высказывание смотришь совсем другим взглядом.
Каменный уголь – полезное ископаемое, которое люди используют в качестве топлива. Он представляет собой плотную каменистую породу черного (иногда серо-черного) цвета с блестящей, полуматовой или матовой поверхностью.
Существует две основные точки зрения на происхождение угля.
Первая утверждает, что каменный уголь создавался вследствие гниения растений в течение многих миллионов лет. Но этот процесс не всегда приводил к залежам угля. Дело в том, что доступ кислорода должен быть ограничен, чтобы гниющие растения не смогли отдать углерод в атмосферу. Подходящая среда для этого процесса – болото. Стоячая вода с минимальным содержанием кислорода не дает бактериям полностью разрушать растения. А в определенный момент выделяются кислоты, которые полностью останавливают работу бактерий. Таким образом формируется торф, который трансформируется сначала в бурый уголь, потом в каменный и, наконец, в антрацит. Но образование угля обусловлено еще одним важным моментом – вследствие движения земной коры слой торфа должен быть накрыт другими слоями грунта. Таким образом, испытывая давление, повышенные температуры, оставаясь без воды и газов, образуется каменный уголь.
Есть и вторая версия. Она предполагает, что каменный уголь – результат перехода углерода из газообразного состояния в кристаллическое. Основывается она на том, что в недрах Земли может содержаться большое количество углерода в газообразном состоянии. В процессе охлаждения он осаждается в виде каменного угля.
В России находится 5,5 % мирового запаса угля , на данном этапе он составляет 6421 млрд. тонн, из которых 2/3 – запасы каменного угля. Залежи по территории страны распределены неравномерно: 95 % располагаются в восточных регионах, а из них более 60 % принадлежит Сибири. Основные угольные бассейны: Кузнецкий, Канско-Ачинский, Печорский, Донецкий. По добыче угля Россия занимает 5 место в мире.
Простейшая добыча ископаемого каменного угля
известна с древних времен и зафиксирована в Китае и Греции. В России же впервые увидел уголь Петр I в 1696 году в районе нынешнего г. Шахты. А с 1722 г. начали снаряжаться экспедиции с целью разведки залежей угля по территории России. В это время уголь начинают использовать при солеварении, в кузнечном деле и для отопления домов.
Существует два основных способа добычи каменного угля: открытый и закрытый. Способ добычи зависит от глубины залегания породы. Если залежи находятся на глубине до 100 метров, то способ добычи открытый (снимается верхний слой почвы над месторождением, то есть образуется карьер или разрез). Если глубина залегания больше, то создаются шахты, а в них специальные подземные ходы. К слову, каменный уголь обычно образуется на глубине 3 и более километров. Но в результате подвижек земных слоев происходит поднятие пластов ближе к поверхности или их опущение на более нижний уровень. Залегает каменный уголь в форме пластов и линзовидных залежей. Структура слоистая или зернистая. А средняя толщина пласта угля равна примерно 2 метрам.
Каменный уголь – не просто полезное ископаемое, а представляет собой собрание высокомолекулярных соединений с большим содержанием углерода, а также воды и летучих веществ с небольшим количеством минеральных примесей.
Удельная теплота сгорания (калорийность) - 6500 - 8600 ккал/кг.
Цифры приведены в процентном соотношении, точный же состав зависит от местоположения залежей и климатических условий. Чтобы понять качество угля определяют несколько важных моментов. Во-первых, степень его рабочей влажности (меньше влаги - лучше энергетические свойства). Содержание ее в каменном угле 4-14%, что дает теплоту сгорания 10-30 МДж/кг. Во-вторых, это зольность угля. Зола образуется за счет присутствия в угле минеральных примесей и определяется по выходу остатка после сжигания при температуре 800ºС. Каменный уголь считается пригодным к использованию, если после сгорания зола составляет 30 % и меньше.
В отличие от бурого угля каменный не содержит гуминовых кислот, в нем они преобразованы в карбоиды (уплотненные соединения углерода). Соответственно плотность и содержание углерода у него больше чем у бурого угля.
Говоря о свойствах, различают следующие разновидности каменного угля: блестящий (витрен), полублестящий (кларен), матовый (дгорен) и волнистый (фюзен).
По степени обогащения каменные угли делятся на концентраты, промпродукты и шламы. Концентраты используются в котельной и для получения электроэнергии. Промпродукты идут на нужды металлургии. Шламы подходят для изготовления брикетов и продажи в розницу для населения.
Существует также и классификация угля по размеру кусков:
| Классификация угля | Обозначение | Размер |
| Плитный | П | более 100 мм |
| Крупный | К | 50..100 мм |
| Орех | О | 25..50 мм |
| Мелкий | М | 13..25 мм |
| Горошек | Г | 5..25 мм |
| Семечко | С | 6..13 мм |
| Штыб | Ш | менее 6 мм |
| Рядовой | Р | не ограничен размерами |
Главные технологические свойства каменного угля – спекаемость и коксуемость. Спекаемость – это способность угля формировать при нагревании (без поступления воздуха) сплавленный остаток. Это свойство уголь приобретает на стадиях своего формирования. Коксуемость – это способность угля при определенных условиях и высокой температуре образовывать кусковый пористый материал – кокс. Это свойство придает углю дополнительную ценность.
При формировании каменного угля происходят изменения, касающиеся содержания в нем углерода и уменьшение количества кислорода, водорода и летучих веществ, а также изменяется теплота сгорания. Из этого исходит классификация каменного угля по маркам:
| Классификация угля по маркам: | Обозначение |
| Длиннопламенные | Д |
| Газовые | Г |
|
Длиннопламенные и Газовые обычно применяются в котельной, так как они могут гореть без поддува. Газовые Жирные и Жирные эксплуатируются в черной металлургии для производства стали и чугуна. Отощенные Спекающиеся, Тощие и Слабоспекающиеся используют для получения электроэнергии, так как обладают большой теплотой сгорания. В то же время их сжигание связано с технологическими трудностями. Область применение каменного угля очень обширна, тогда как на первых порах добычи в России его применяли в основном для отопления домов и в кузнечном деле. На данный момент существует много направлений, использующих каменных уголь. Например, металлургическая промышленность. Здесь для плавки металла нужна большая температура, а, следовательно, такой вид каменного угля, как кокс. Химическая промышленность использует каменный уголь для коксования и дальнейшего получения коксового газа, из которого получают углеводороды. В процессе переработки углеводородов получает толуол, бензол и др. вещества, благодаря которым производят линолеум, лаки, краски и пр. Каменный уголь также используется как источник тепла. Как для населения, так и для получения энергии на тепловых станциях. Также из каменного угля в процессе нагревания образуется некоторое количество сажи (качественная сажа получается из Газовых и Жирных углей), из которой производят резину, краски для типографии, тушь, пластмассу и пр. Таким образом, возвращаясь к высказыванию Эдварда Мартина, можно смело утверждать, что скромный вид каменного угля нисколько не умаляет его свойств и полезных качеств. |