Кам'яне вугілля - осадова порода, що утворюється у земному шарі. Вугілля - чудове паливо. Вважається, що це найдавніший вид палива, який використовували наші далекі пращури.
Як утворюється кам'яне вугілля
Для утворення вугілля потрібна велика кількість рослинної маси. І краще, якщо рослини накопичуються в одному місці і не встигають повністю розкладатися. Ідеальне місце для цього – болота. Вода в них бідна на кисень, що перешкоджає життєдіяльності бактерій.
У болотах накопичується рослинна вага. Не встигаючи повністю згнити, вона спресовується наступними відкладеннями ґрунту. Так виходить торф – вихідний матеріал для вугілля. Наступні пласти ґрунту ніби запечатують торф у землі. В результаті він повністю позбавляється доступу кисню та води та перетворюється на вугільний пласт. Процес цей тривалий. Так, більшість сучасних запасів кам'яного вугілляутворилися в епоху палеозою, тобто понад 300 млн років тому.
Характеристики та види кам'яного вугілля
(Буре вугілля)
Хімічний склад вугілля залежить від його віку.
Наймолодший вид – буре вугілля. Він залягає на глибині близько 1 км. Води у ньому ще багато – близько 43%. Містить велику кількість летких речовин. Добре спалахує і горить, але тепла дає мало.
Кам'яне вугілля - такий собі "середнячок" у цій класифікації. Залягає на глибинах до 3 км. Так як тиск верхніх пластів більший, то і вміст води в кам'яному куті менше - близько 12%, летких речовин - до 32%, зате вуглецю міститься від 75% до 95%. Він також легко спалахує, але горить краще. А за рахунок малої кількості вологи дає більше тепла.
Антрацит- Стародавніша порода. Залягає на глибинах близько 5 км. У ньому більше вуглецю та практично немає вологи. Антрацит - тверде паливо, погано спалахує, зате питома теплота згоряння найвища - до 7400 ккал/кг.
(Вугілля антрацит)
Втім, антрацит – це не кінцева стадія перетворення органічної речовини. Потрапляючи в жорсткіші умови, вугілля трансформується в шунтит. За більш високих температур виходить графіт. А відчуваючи надвисокий тиск, вугілля перетворюється на алмаз. Всі ці речовини – від рослини до алмазу – складаються з вуглецю, лише молекулярна структура різна.
Крім основних "інгредієнтів" до складу вугілля часто входять різні "породи". Це домішки, які згоряють, а утворюють шлак. Міститься у вугіллі та сірка, причому її вміст обумовлюється місцем утворення вугілля. При згорянні вона взаємодіє з киснем та утворює сірчану кислоту. Що менше домішки у складі вугілля, то вище цінується його сорт.
Родовище кам'яного вугілля
Місце залягання кам'яного вугілля називають вугільним басейном. У світі відомо понад 3,6 тисячі вугільних басейнів. Їхня площа займає близько 15% території земної суші. Найбільший відсоток покладів світового запасу вугілля у США – 23%. На другому місці – Росія, 13%. Замикає трійку країн-лідерів Китай – 11%. Найбільші поклади вугілля у світі перебувають у США. Це Аппалацький кам'яновугільний басейн, чиї запаси перевищують позначку 1600 млрд. тонн.
У Росії найбільший вугільний басейн - Кузнецький, що у Кемеровській області. Запаси Кузбасу становлять 640 млрд. Тонн.
Перспективна розробка родовищ у Якутії (Ельгінське) та Тиві (Елегестское).
Видобуток кам'яного вугілля
Залежно від глибини залягання вугілля застосовують або закритий спосіб видобутку або відкритий.
Закритий або підземний метод видобутку. Для цього методу будують шахтні стволи та штольні. Шахтні стволи будують, якщо глибина залягання вугілля 45 метрів та вище. Від неї ведуть горизонтальний тунель – штольню.
Існують 2 системи закритого видобутку: камерно-стовпова та видобуток довгими очисними вибоями. Перша система менш економічна. Її використовують лише у випадках, коли виявлені пласти потужні. Друга система набагато безпечніша і практичніша. Вона дозволяє витягувати до 80% породи і поступово доставляти вугілля на поверхню.
Відкритий метод застосовують, коли вугілля залягає неглибоко. Для початку проводять аналіз твердості ґрунту, з'ясовують ступінь вивітрюваності ґрунту та шаруватість покриваючого шару. Якщо грунт над пластами вугілля м'який, достатньо використання бульдозерів та скреперів. Якщо верхній пласт товстий, то приганяють екскаватори та драглайни. Потужний шар твердої породи, що пролягає над вугіллям, підривають.
Застосування кам'яного вугілля
Область використання кам'яного вугілля просто величезна.
З вугілля видобувають сірку, ванадій, германій, цинк, свинець.
Саме вугілля - чудове паливо.
Використовується в металургії для виплавки заліза, у виробництві чавуну, сталі.
Отриману після спалювання вугілля золу використовують у виробництві будівельних матеріалів.
З вугілля після його спеціальної обробки одержують бензол та ксилол, які використовують у виробництві лаків, фарб, розчинників, лінолеуму.
Шляхом зрідження вугілля отримують першокласне рідке паливо.
Вугілля – сировина для отримання графіту. А також нафталіну та ще ряду ароматичних сполук.
Внаслідок хімічної обробки кам'яного вугілля на сьогоднішній день отримують понад 400 видів промислових продуктів.
Кам'яним вугіллямназивають осадову породу, що утворюється при розкладанні залишків рослин (древоподібних папоротей, хвощів і плаунів, а також перших голонасінних рослин). Основні запаси кам'яного вугілля, що видобувається нині, утворилися під час палеозою, близько 300-350 мільйонів років тому вони. Кам'яне вугілля видобувається вже кілька століть і є одним з найважливіших корисних копалин. Використовується як тверде паливо.
Кам'яне вугілля складається із суміші високомолекулярних ароматичних сполук (переважно вуглецю), а також води та летких речовин з невеликою кількістю домішок. Залежно від складу вугілля змінюється і кількість теплоти, що виділяється при його згорянні, а також кількість золи, що утворюється. Від цього співвідношення залежить цінність вугілля та його родовищ.
Для утворення корисних копалин також необхідно було дотримання наступної умови: рослинний матеріал, що гниє, повинен був накопичуватися швидше, ніж відбувалося його розкладання. Саме тому кам'яне вугілля утворювалося переважно на древніх торф'яних , де накопичувалися вуглецеві сполуки, а доступ кисню практично був відсутній. Вихідним матеріалом для виникнення вугілля є, власне, сам торф, який також деякий час використовувався як паливо. Вугілля ж утворилося у разі, якщо пласти торфу опинялися під іншими наносами. Торф при цьому спресовувався, втрачав і воду, внаслідок чого утворювалося вугілля.
Кам'яне вугілля виникає при заляганні пластів торфу на значній глибині, зазвичай, більше 3 км. На значної глибині утворюється антрацит – вищий сорт кам'яного вугілля. Однак це не означає, що всі вугільні родовища розташовані на великій глибині. Згодом під впливом тектонічних процесів різної спрямованості деякі пласти відчували підняття, у результаті виявлялися ближче до поверхні.
Від того, на якій глибині знаходяться вугленосні, залежить і спосіб видобутку вугілля. Якщо вугілля залягає на глибині до 100 метрів, видобуток зазвичай ведеться відкритим способом. Так називається зняття верхнього над родовищем, при якому корисна копалина виявляється на поверхні. Для видобутку з великої глибини використовується шахтовий метод, при якому доступ до здійснюється шляхом створення спеціальних підземних ходів – шахт. Найглибші вугільні шахти в Росії знаходяться на відстані близько 1200 м від поверхні.
Найбільші родовища кам'яного вугілля в Росії
Ельгінське родовище (Саха)
Це вугільне родовище, що знаходиться на південному сході Республіки Саха (Якутія) за 415 км на схід від міста Нерюнгрі, є найбільш перспективним для відкритої розробки. Площа родовища становить 246 км2. Родовище є пологою асиметричною складкою.
Вугленосними є відкладення верхньої юри та нижньої крейди. Основні вугільні пласти знаходяться у відкладеннях нерюнгрінської (6 пластів потужністю 0,7-17 м) та ундиктанської (18 пластів потужністю також 0,7-17 м) світ.
Вугілля тут в основному напівблискуче з дуже високим вмістом найціннішого компонента - вітриніту (78-98 %), середньо-і високозоляне, малосірчисте, малофосфористе, добре спека, з високою теплотою згоряння. Ельгінський вугілля за допомогою спеціальної технології можна збагатити, що дозволить отримати продукт. високої якості, що відповідає світовим стандартам Потужні пологі пласти вугілля перекриваються відкладеннями невеликої потужності, що дуже важливо для видобутку відкритим способом.
Елегестське родовище (Тува)
Розташоване в Республіці Тува. Це родовище має запаси близько 20 мільярдів тонн. Більшість запасів (близько 80%) знаходиться в одному шарі товщиною 6,4 м. Освоєння цього родовища в даний час триває, тому найбільшої потужності видобуток вугілля тут має досягти приблизно в 2012 році.
Великі родовища вугілля (площа яких становить тисячі км2) називають вугільними басейнами. Зазвичай такі родовища знаходяться у будь-якій великій тектонічній структурі (наприклад, прогині). Однак не всі родовища, що знаходяться поблизу один від одного, прийнято об'єднувати в басейни, і іноді вони розглядаються як окремі родовища. Відбувається це зазвичай за уявленнями, що історично склалися (родовища відкриті в різні періоди).
Мінусинський вугільний басейнзнаходиться в Республіці Хакасія. Видобуток вугілля тут почався ще 1904 року. До найбільших родовищ відносяться Чорногорське та Ізихське. За оцінками геологів, запаси вугілля на цій території становлять 2,7 мільярда тонн. У басейні переважають кам'яні довгопламенні вугілля з високою теплотою згоряння. Вугілля відносяться до середньозольного. Максимальна зольність характерна для вугілля Ізихського родовища, мінімальна – для вугілля Бейського родовища. Видобуток вугілля у басейні ведеться різними: існують як розрізи, так і шахти.
Кузнецький вугільний басейн (Кузбас)- одне з найбільших вугільних родовищ світу. Кузбас розташовується на півдні в неглибокій улоговині між гірськими масивами , Гірської Шорії та . Це територія Кемеровської області. Скорочення «Кузбас» є другою назвою області. Перше родовище в районі Кемерово було відкрито в далекому 1721, а в 1842 геологом Чихачовим був введений термін «Кузнецький вугільний басейн».
Видобуток тут також ведеться різними способами. На території басейну розташовується 58 шахт та понад 30 розрізів. За якістю вугілля « » різноманітні і належать до кращого вугілля.
Вугленосна товща Кузнецького вугільного басейну складається з приблизно 260 вугільних пластів різної потужності, нерівномірно розподілених по розрізу. Переважна потужність пластів вугілля від 1,3 до 4,0 м, але є й потужніші пласти в 9-15 і навіть у 20 м, а деяких місцях до 30 м.
Максимальна глибина вугільних шахт не перевищує 500 м-коду (середня глибина близько 200 м-коду). Середня потужність вугільних пластів, що розробляються, 2,1 м, але до 25 % шахтного видобутку вугілля припадає на пласти понад 6,5 м.
Однією з найбільших галузей паливно-енергетичного комплексу є вугільна промисловість.
Ще за часів СРСР Росія стала визнаним лідером у сфері видобутку та обробки вугілля. Тут поклади вугілля становлять приблизно 1/3 від світових запасів, до їхнього числа входить і буре, і кам'яне вугілля, і антрацити.
Російська Федерація займає шосте місце у світі за масштабами видобутку вугілля, 2/3 якого застосовують для отримання енергії та тепла, 1/3 – у хімічній промисловості, малу частину транспортують до Японії та Південної Кореї. У середньому в російських вугільних басейнах видобувається понад 300 млн. тонн на рік.
Характеристика родовищ
Якщо подивитися на карту Росії, то понад 90% родовищ розташовано у східній частині країни, переважно у Сибіру.
Якщо порівнювати обсяг вугілля, його загальна кількість, технічні та географічні умови, то найбільш значущими з них можна назвати Кузнецький, Тунгуський, Печорський та Іркутсько-Черемхівський басейни.
, інакше Кузбас, - найбільший вугільний басейн у Росії, і найбільший у світі.
Він розташований у Західному Сибіру в неглибокій міжгірній улоговині. Більшість басейну належить землям Кемеровської області.
Значним мінусом є географічна віддаленість від основних споживачів палива Камчатки, Сахаліну, центральних регіонів країни. Тут видобувається 56% кам'яного та близько 80% коксівного вугілля, приблизно 200 млн. тонн на рік. Тип видобутку відкритий.
Кансько-Ачинський вугільний басейн
Розкинувся вздовж Транссибірської магістралі територією Красноярського краю, Кемеровської та Іркутської області. 12% всього російського бурого вугілляналежить цьому басейну, у 2012 році його кількість становила 42 млн. тонн.
Згідно з інформацією, наданою геологічною розвідкою 1979 року, загальні запаси вугілля – 638 млрд тонн.
Слід зазначити, що тутешні є найдешевшим у зв'язку з його видобутком відкритим способом, має низьку транспортабельність і використовується для забезпечення енергією місцевих підприємств.
Тунгуський вугільний басейн
Один з найбільших і перспективних басейнів Росії займає території Якутії, Красноярського краю та Іркутської області.
Якщо дивитися на карту, видно, що це більше половини Східного Сибіру.
Тутешні запаси вугілля становлять близько 2345 млрд. тонн. Тут залягають кам'яне та буре вугілля, мала кількість антрацитів.
В даний час роботи в басейні ведуться слабо (через погану вивченість родовища та суворого клімату). За рік у підземний спосіб видобувається близько 35,3 млн. тонн.
Печорський басейн
Знаходиться на західному схилі кряжу Пай-Хой, є частиною Ненецького автономного округу та Республіки Комі. Основні родовища – Воркутинське, Воргашорське, Інтинське.
Поклади переважно представлені коксівним вугіллям високої якості, обумовленого видобутком виключно шахтним способом.
У рік видобувається 12,6 млн. тонн вугілля, що становить 4% від загального обсягу. Споживачі твердого палива – підприємства північноєвропейської частини Росії, зокрема Череповецький металургійний завод.
Іркутсько-Черемхівський басейн
Тягнеться вздовж Верхнього Саяна від Нижньовдинська до озера Байкал. Поділяється на Прибайкальську та Присаянську гілки. Об'єм видобутку – 3,4 %, спосіб видобутку відкритий. Родовище віддалено від великих споживачів, доставка утруднена, тому місцеве вугілля використовується переважно на іркутських підприємствах. Запас – близько 7,5 млрд. тонн вугілля.
Проблеми галузі
В наші дні активний видобуток вугілля ведеться в Кузнецкому, Кансько-Ачинському, Печорському та Іркутсько-Черемхівському басейнах, планується розвиток Тунгуського басейну. Основний метод видобутку відкритий, цей вибір зумовлений його відносною дешевизною та безпекою для працівників. Мінус цього способу в тому, що дуже страждає на якість вугілля.
Головна проблема, з якою стикаються вищезазначені басейни, – труднощі доставки палива у віддалені регіони, у зв'язку з цим потрібна модернізація сибірських залізничних колій. Незважаючи на це, вугільна промисловість – одна з найперспективніших галузей російської економіки (за даними попередньої оцінки, покладів російського вугілля має вистачити на понад 500 років).
З давніх-давен кам'яне вугілля є джерелом енергії для людства, не єдиним, але широко застосовуваним. Іноді його порівнюють із сонячною енергією, законсервованою у камені. Його спалюють, отримуючи тепло для опалення, нагріваючи воду, на теплових станціях перетворюють на електрику, використовують для виплавки металів.
З розвитком нових технологій навчилися використовувати кам'яне вугілля як для отримання енергії шляхом спалювання. Хімічна промисловість успішно освоїла технології виробництва, рідкісних металів - галію та германію. Вилучаються з нього композиційні вуглеграфітові матеріали з високим вмістом вуглецю, газоподібне паливо високої калорійності, відпрацьовано методики виробництва пластмаси. Самий низькосортне вугілля, його дуже дрібну фракцію і вугільний пил переробляють і, які відмінно підходять для опалення як виробничих приміщеньі приватних будинків. Усього з допомогою хімічної переробки кам'яного вугілля виробляють понад 400 найменувань продукції, коштувати які можуть у десятки разів більше, ніж вихідний продукт.
Люди вже кілька століть активно використовують вугілля як паливо для отримання та перетворення енергії, з розвитком хімічної промисловості та потреб рідкісних та цінних матеріалів в інших галузях потреба у кам'яному куті зростає. Тому інтенсивно ведеться розвідка нових родовищ, будуються кар'єри та шахти, підприємства з переробки сировини.
Коротко про походження кам'яного вугілля
На нашій планеті багато мільйонів років тому у вологому кліматі бурхливо розвивалася рослинність. З того часу минуло 210...280 мільйонів років. Тисячоліттями, мільйонами років, мільярди тонн рослинності відмирали, накопичувалися на дні боліт, покривалися шарами наносів. Повільне розкладання в безкисневій атмосфері під потужним пресом води, піску, інших порід, іноді в умовах високих температур через близьке розташування магми, призвело до скам'яніння шарів цієї рослинності, з поступовим переродженням у вугілля різного ступеня вуглефікації.
Основні російські родовища та видобуток кам'яного вугілля
На планеті налічують запаси кам'яного вугілля понад 15 трильйонів тонн. Найбільші видобутки корисних копалин припадають на кам'яне вугілля приблизно по 0,7 тонни на людину, це більше 2,6 мільярда тонн на рік. У Росії кам'яне вугілля є у різних регіонах. Він має різні характеристики, особливості та глибину залягання. Ось найбільші та успішно розроблювані басейни кам'яного вугілля:
Активне використання сибірських та далекосхідних родовищ обмежує їхню віддаленість від промислових європейських регіонів. У західній частині Росії також видобувається вугілля із відмінними показниками: у Печерському, Донецькому вугільних басейнах. У Ростовській області активно розробляють локальні родовища, найперспективніше їх — Гуковское. Переробка кам'яного вугілля із цих родовищ дає марки кам'яного вугілля високої якості – антрацити (АС та АТ).
Основні якісні характеристики кам'яного вугілля
Для різних галузей промисловості потрібні різні марки вугілля. Якісні показники його змінюються в широких межах навіть у тих, які мають однакове маркування та багато в чому залежать від родовища. Тому підприємства, перш ніж купувати вугілля, знайомляться з такими його фізичними характеристиками:
За ступенем збагачення кам'яне вугілля поділяють:
- - Концентрати (спалюють для опалення в парових котлах та отримання електроенергії);
- - промислові продукти, що використовуються в металургійній галузі;
- — Шлам, фактично, це дрібна фракція (до 6мм) і пил після дроблення породи. Спалювати таке паливо проблематично, тому з нього формують брикети, що мають хороші експлуатаційні характеристики і використовують у побутових твердопаливних котлах.
За ступенем вуглефікації:
- — Буре вугілля, це частково сформоване кам'яне вугілля. Має невисоку теплоту згоряння, при перевезенні та зберіганні кришиться, має схильність до самозаймання;
- - Кам'яне вугілля. Має безліч різних марок (сортів) із різними характеристиками. Має широку сферу використання: металургія, енергетика, ЖКГ, хімічна промисловістьі т.п.
- — Антрацити — найякісніша форма кам'яного вугілля.
Якщо порівнювати торф та кам'яне вугілля, теплота згоряння вугілля вища. Найнижча теплота згоряння біля бурого вугілля, найвища - у антрацитів. Однак, виходячи з економічної доцільності, великим попитом користується просте кам'яне вугілля. У нього оптимальне поєднання ціни та питомої теплоти горіння.
Різних характеристик вугілля дуже багато, але далеко не всі вони можуть мати значення при виборі вугілля для опалення. У цьому випадку важливо знати лише кілька ключових параметрів: зольність, вологість та питому теплоємність. Може бути важливим є вміст сірки. Інші потрібні при доборі сировини на переробку. Що важливо знати при виборі вугілля, то це розміри: наскільки великі шматки вам пропонують. Ці дані зашифровані у назві марки.
Класифікація за розмірами:
Класифікація за марками та їх коротка характеристика:
Залежно від характеристик кам'яного вугілля, його марки, типу та фракції зберігається різний час. (У статті є таблиця, де вказано терміни зберігання вугілля залежно від родовища та марки).
Особливу увагу слід приділяти захисту вугілля при тривалому його зберіганні (більше 6 місяців). В цьому випадку потрібен спеціальний вугільний сарай або бункер, де паливо буде захищене від опадів та прямого сонячного світла.
Великі купи вугілля при тривалому зберіганні вимагають контролю температури, тому що при наявності дрібних фракцій у поєднанні з вологою та високою температурою мають схильність до самозаймання. Бажано придбати електронний термометрта термопару з довгим шнуром, яку закопати у центрі вугільної купи. Перевіряти температуру потрібно один-два рази на тиждень, тому що деякі марки вугілля самозаймаються при зовсім невисоких температурах: бурі – при 40-60 про C, решта – 60-70 про C. Рідко трапляються випадки самозаймання антрацитів та напівантрацитів (у Росії такі випадки не зареєстровані).