ЗАРАБАТЫВАЙТЕ !!! на глобальных рынках. БЕСПЛАТНАЯ консультация - оставьте свой телефон сейчас

Каменный уголь (Coal) - это

осадочная порода, образующаяся в результате гниения и разложения остатков растительности (веток деревьев, папоротников, травы, семенных растений), является полезным ископаемым, применяется в качестве энергетического сырья, в медицине, в пищевой промышленности и других отраслях.

История ископаемого угля, происхождение ископаемых углей, использование ископаемых углей, образование угля, месторождение каменного угля, сгорание каменного угля, переход бурых углей в каменные, запасы каменного угля, применение каменного угля, классификация углей, химический состав и физические свойства угля, каменный уголь, бурый уголь, антрацит, мировая добыча угля, мировые запасы угля, угольная промышленность США, угольная промышленность Украины, угольная промышленность России, угольная промышленность Китая, угольная промышленность Германии

Развернуть содержание

Каменный уголь - это, определение

Каменный уголь - это осадочная порода, которая образуется в результате разложения остатков растительности (папоротников, хвощей, семенных растений). Основными видами угля по классификации являются: уголь антрацит, бурый уголь, каменный уголь. Добыча угля ведётся открытым (карьерным) и закрытым (шахтным) способом. Уголь применяется для отопительных, энегретических, сельскохозяйственных (в виде удобрений) и других отраслях промышленности.

крошка каменного угля в мешке
крошка каменного угля в мешке

Каменный уголь - это вид ископаемого топлива, образовавшийся из частей древних растений под землей без доступа кислорода. Международное название углерода происходит от лат. carbo («уголь»). Уголь был первым из используемых человеком видов ископаемого топлива. Он позволил совершить промышленную революцию, которая в свою очередь способствовала развитию угольной промышленности, обеспечив её более современной технологией.

уголь в женских руках
уголь в женских руках
Добыча каменного угля

Каменный уголь – это осадочная порода, представляющая собой продукт глубокого разложения остатков растений . 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. 

 

 

горение каменного угля
горение каменного угля

 

Каменный уголь - это осадочная порода, представляющая собой продукт глубокого разложения остатков растений (древовидных папоротников, хвощей и плаунов, а также первых голосеменных растений).

флора древняя - каменный уголь
флора древняя - каменный уголь
Сжигание угля

Каменный уголь - это горючие полезные ископаемые, состоящие из углерода, кислорода, азота и водорода. Залегают в земной коре в виде пластов, имеют слоистую или зернистую текстуру цветом от коричневого до черного и плотностью от 1 до 1,7 г/см3.

пласты каменного угля
пласты каменного угля

Каменный уголь - это ископаемые осадочные породы растительного происхождения. Примерно 400 млн. лет назад в торфяных болотах, т.е. в среде без доступа кислорода накапливался торф (скопление остатков растение, подвергшихся неполному разложению), из которого собственно и образовались «сегодняшние» каменные угли.

флора-каменный уголь
флора-каменный уголь

Каменный уголь – это ископаемый виды топлива, который формируется из окаменелых останков отмерших растений в процессе разложения в анаэробных условиях под воздействием тепла и давления в земной коре в течение миллионов лет.

анаэробность каменного угля
анаэробность каменного угля
Уголь каменный

Каменный уголь – это топливо, образующееся по мере накопления и разложения останков животных и растений. Каменный уголь является невозобновимым природным ресурсом, так как он накапливался миллионы лет.

черный каменный уголь
черный каменный уголь

Каменный уголь - это твёрдое горючее полезное ископаемое растительного происхождения; разновидность углей ископаемых с более высоким содержанием углерода и большей плотностью, чем у бурого угля.

Каменный уголь в лопате
Каменный уголь в лопате

Каменный уголь - это плотная порода чёрного, иногда серо-чёрного цвета с блестящей, полуматовой или матовой поверхностью. Содержит 75—97% и более углерода; 1,5—5,7% водорода; 1,5—15% кислорода; 0,5—4% серы; до 1,5% азота; 45—2% летучих веществ; количество влаги колеблется от 4 до 14%; золы — обычно от 2—4% до 45%. Высшая теплота сгорания, рассчитанная на влажную беззольную массу каменный уголь, не менее 23,8 Мдж/кг (5700 ккал/кг).

 

 

черный матовый каменный уголь
черный матовый каменный уголь

Каменный уголь - это    остатки растений, погибших многие миллионы лет назад, гниение которых было прервано в результате прекращения доступа воздуха. Поэтому они не смогли отдать в атмосферу отобранный у нее углерод. Доступ воздуха прекращался особенно резко там, где болота и заболоченные леса опускались в результате тектонических подвижек и изменения климатических условий и покрывались сверху другими веществами. При этом растительные останки превращались под воздействием бактерий и грибов ( углефицировались) в торф и дальше в бурый уголь, каменный уголь, антрацит и графит.

бактерии
бактерии

Бурый уголь - это  горючее полезное ископаемое, ископаемый уголь 2-й стадии метаморфизма (переходное звено между лигнитом и каменным углем), получается из лигнита или напрямую из торфа.

Бурый уголь. Катеринополь
Бурый уголь. Катеринополь
Бурый уголь - энергосырье из прошлого века?

Бурый уголь - это горючее полезное ископаемое растительного происхождения низкой степени углефикации, переходная форма от торфа к каменному углю.

Насыпь бурого угля
Насыпь бурого угля

Бурый уголь - это горючая осадочная порода органического (растительного) происхождения. Состоит уголь из углерода, кислорода, водорода, азота и многих других второстепенных компонентов. 

Склон из бурого угля
Склон из бурого угля
дробильные сортировочные установки бурого угля

Бурый уголь - это горючее ископаемое растительного происхождения - представляет собой переходную форму от торфа к каменному углю.

брикеты бурого угля
брикеты бурого угля

Уголь антрацит - это самый древний из ископаемых углей, уголь наиболее высокой степени углефикации (метаморфизма). Лучший сорт каменного угля, отличающийся черным цветом, сильным блеском, большой теплотворной способностью.

кусок антрацита
кусок антрацита
Уголь антрацит брикетированный

Уголь антрацит - это самый древний из ископаемых углей. Характеризуется большой плотностью и блеском. Содержит 95 % углерода. Применяется как твердое высококалорийное топливо (теплотворность 7800-8350 ккал/кг).

Каменный уголь Антрацит, обломок
Каменный уголь Антрацит, обломок

Уголь антрацит - это древнейший и самый качественный ископаемый уголь, запасы которого составляют всего лишь три процента от общего объема мировых запасов угля. отличается высокой степенью углефикации; содержание углерода в нем составляет 95%, благодаря чему уголь антрацит горит без пламени, не выделяя при этом дыма и запаха.

гора антрацита
гора антрацита

Уголь антрацит - это уголь, который имеет черный цвет, и в отличие от древесного угля обладает блеском и твердостью. Антрацит добывают шахтенным способом из тектонических пластов. Антрацит имеет природное происхождение, а его образование проходит несколько стадий. 

вагоны с антрацитом
вагоны с антрацитом
Горение угля (антрацита) в автоматическом котле 250 кВт

История открытия ископаемых углей

Горючий камень – ископаемый каменный уголь – был известен еще в древности. Его примитивная добыча велась в древнем Китае и античной Греции, где он использовался как топливо. Древнеримские виллы отапливались углем месторождений Греции и Италии. Хотя древнегреческий философ Аристотель сравнивал некоторые свойства древесного и ископаемого угля, много веков бытовало мнение о минеральном происхождении ископаемых углей. Так, в 315 году до нашей эры ученик Аристотеля Теофраст называл их «горящими камнями» – «антраксом» (откуда и появилось название «антрацит»). В ХVI веке нашей эры врач и алхимик Парацельс рассматривал природные угли как «камни, измененные действием вулканического огня», а естествоиспытатель Агрикола говорил, что каменный уголь – это отвердевшая нефть.

древнегреческий философ Аристотель
древнегреческий философ Аристотель
алхимик Парацельс
алхимик Парацельс

Русский ученый М.В. Ломоносов в своем трактате «О слоях земных» (1763) выдвинул гипотезу о происхождении ископаемого угля из торфа, а торфа – из скоплений остатков растений на дне болот. Органическое происхождение ископаемых углей было окончательно доказано лишь в ХIХ веке путем микроскопических исследований, обнаруживших в структуре угольного вещества обуглившиеся или частично разложившиеся остатки растительных тканей, зернышек смолы, семян, спор.

Русский ученый М.В. Ломоносов
Русский ученый М.В. Ломоносов

На всех континентах Земли и большинстве островов Мирового океана имеются месторождения угля. Открытие каждого из них имеет свою историю.

О добыче и использовании каменного угля в Украине имеются различные сведения. Так, при геологических исследованиях были обнаружены отвалы древней разработки угля в районе г. Бахмут (ныне г. Артемовск), свидетельствующие, что уже в IX–X вв. местное население добывало и использовало его в качестве топлива при производстве различных предметов быта.

Артемовск
Артемовск

В Западной Европе уголь стал использоваться позже. До XVII века для выплавки металла применялся исключительно древесный уголь. Бурное развитие металлургии в XVIII веке потребовало большого количества топлива, поэтому запасы промышленной древесины резко сокращались. Заменой древесному углю мог стать ископаемый уголь.

выплавка металла
выплавка металла
Добыча каменного угля в Эволле

К этому времени относятся усиленные поиски месторождений ископаемого угля в различных странах. Интересна история начала потребления каменного угля в Великобритании. Как писала одна из английских газет сто лет тому назад: «Дело было в начале XIV столетия. Лондонские пивовары, кузнецы и слесари, видя все более возрастающую дороговизну дров, попробовали вместо них жечь каменный уголь, что оказалось и очень удобным, и очень выгодным. Но суеверные горожане сочли сжигание каменного угля делом нечестивым. Была подана особая петиция королю, и употребление каменного угля было воспрещено законом. Однако ввиду дороговизны дров многие тайно продолжали нарушать закон, так что горожане потребовали драконовских мер. Достоверно известно, что один нарушитель закона в Лондоне был казнен, но говорят, что таких случаев было много. Затем строгие законы были отменены, но еще долго против каменного угля было сильное предубеждение ввиду «зловонности этого вида топлива».

 

Лондон
Лондон

Против каменного угля особенно восстали дамы; многие лондонские дамы отказались являться в дома, которые отапливались не дровами, и не прикасались ни к одному блюду, если оно было приготовлено на каменном угле, считая такие кушанья нечистыми.

А ныне каменный уголь составляет силу и богатство Англии, неизбежное условие самой нынешней цивилизации».

Угольная шахта
Угольная шахта

Изменились времена и изменилось отношение англичан к углю, в результате чего появилась следующая традиция. У англичан (в особенности у шотландцев) в новогоднюю ночь первым, кто переступит порог дома, должен быть высокий черноволосый мужчина с серебряной монетой и кусочком угля. И тогда в доме в новом году никогда не будет недостатка в еде, всегда будет тепло и уютно.

В России промышленное применение каменного угля взамен древесного возникло в начале XVIII века. Первые достоверные сведения о поиске и разведке ископаемых углей в России относятся тоже к началу XVIII в.

Экскаватор работает на добыче угля
Экскаватор работает на добыче угля

При Петре I, уделявшем большое внимание развитию горного дела, были организованы специальные экспедиции в различные районы страны.

В Донецком бассейне залежи каменного угля были открыты в 1721 г. в районах Бахмута, Лисичанска, Шахты.

Петр I
Петр I

Между историками идет спор о первооткрывателях угля в Донбассе. Длительное время считалось, что первооткрывателем каменного угля в Донецком бассейне является Григорий Капустин, который в 1721 г. открыл месторождения в районе рек Дона, Курдючей и Осереди.

река дон
река дон

Однако, как свидетельствуют архивные материалы, в том же 1721 г. бахмутские солевары Никита Векрейский и Семен Чирков нашли в балке Скелеватой в 25 км от Бахмута каменный уголь и начали использовать его в кузницах. А в Лисичьей балке, где потом в 1796 г. вошла в действие первая в Донбассе шахта, открыл месторождение угля в декабре 1722 г. Николай Аврамов – один из руководителей черноморской горной экспедиции.

первая в Донбассе шахта
первая в Донбассе шахта

Экспедиции, направленные в другие районы России, сделали также ряд открытий. В 1721 г. было обнаружено угольное месторождение на реке Томь (Кузбасс). К этому же году относится открытие Подмосковного бассейна, а также месторождения в районе г. Кизел на Урале. В 1722–1723 гг. в петербургскую Берг-коллегию поступило много сообщений об угольных пластах в районах рек Дона и Днепра.

река Днепр
река Днепр

Огромное влияние на интенсивный поиск и освоение угольных месторождений оказало развитие металлургической промышленности во многих странах. В частности, освоение Донецкого бассейна тесно связано с постройкой Луганского чугунолитейного завода, перерабатывающего местные руды, который был введен в действие в 1799 г. Одновременно с началом сооружения завода были заложены каменноугольные разработки первично вблизи села Белого, а затем на более богатом месторождении на правом берегу Северского Донца в Лисичьей балке (г. Лисичанск). Лисичанский рудник оставался основным угледобывающим предприятием в Донбассе до конца 60-х годов XIX столетия, т.е. до начала строительства более крупных шахт в его центральных районах.

Лисичанск - Памятный знак в Лисичьей балке
Лисичанск - Памятный знак в Лисичьей балке

Сохранился указ Петра I от 7 декабря 1722 г.: «Для копания каменного угля и руд, которые объявил подъячий Капустин, из Берг-коллегии послать нарочного и в тех местах того каменного уголья и руд в глубину копать сажени на три и больше и, накопив пуд до пяти, привесть в Бергколлегию и опробовать».

Аналогично начинали осваиваться угольные месторождения в других угледобывающих странах.

Бергколлегия
Бергколлегия

Древние естествоиспытатели считали основным отличительным признаком ископаемых углей способность гореть. Поэтому хронология открытия угля человечеством связана с хронологией развития технологических процессов, в которых уголь используется прежде всего как топливо. Вероятно, первыми уголь в качестве топлива использовали древние китайцы: по некоторым сведениям, в одном из крупнейших угольных районов Китая Фуншуе его применяли для выплавки меди 3 тысячи лет тому назад. Известны китайские трактаты II века до н.э., где упоминается об использовании угля в производстве фарфора, для выпарки соляных растворов и др. По сообщениям знаменитого путешественника Марко Поло, посетившего Китай в 1310 г., уголь широко применялся в промышленности и для отопления. Примерно к этому же времени относятся упоминания об использовании угля как топлива в Англии и Германии и о закладке первых угольных шахт в Англии.

путешественник Марко Поло
путешественник Марко Поло

Однако еще в конце XVII века размеры добычи и использования угля в Европе были ничтожны. Так, в угледобывающем районе Англии (Бристоль) на 70 шахтах работало всего 123 человека. Это было связано с тем, что, значительно превосходя дрова по теплоте сгорания и развиваемой температуре, уголь все же уступает им по ряду технологических характеристик – температуре воспламенения, содержанию серы – и, в отличие от сухих дров, дымит. Поэтому, пока лесов в Европе хватало, а плотность населения и уровень развития промышленности были невелики, предпочитали обходиться дровами для отопления, древесным дегтем и смолой как связующими и древесным углем как топливом и восстановителем руд в металлургии.

район Англии Бристоль
район Англии Бристоль

Считается, что начало использованию каменного угля в химико-технологическом направлении положили работы химика И.Бехера, который в 1681 г. получил патент на «новый метод изготовления кокса и смолы из торфа и каменного угля, никем никогда ранее не открытый и не примененный». Это была термообработка угля без доступа воздуха с отгонкой летучих и серы, превращавшая его в кокс. И.Бехер описывает свое изобретение так: «В Голландии имеется торф, в Англии каменный уголь, но и тот, и другой почти не употребляются для сжигания в доменных печах и для плавки. Я нашел путь, позволяющий превратить и тот, и другой в хорошее горючее, которое не только не дымит и не воняет, но и дает столь же сильный огонь, необходимый для плавки, как и древесный уголь… При этом достойно внимания: как шведы получают свою смолу из соснового дерева, так и я получил свою смолу в Англии из каменного угля, которая одинакова со шведской по качеству, и даже у некоторых углей выше ее. Я производил пробы как на дереве, так и на канатах, и смола показала себя вполне хорошей…» В том же XVII веке англичанин Д.Додлей проводил экспериментальные доменные плавки на ископаемом угле, но подробности осуществления процесса он держал в секрете и унес с собой в могилу.

химик И.Бехер
химик И.Бехер

Открытия И.Бехера и Д.Додлея при их жизни не получили распространения. А тем временем для обеспечения доменных печей и кузниц древесным углем хищнически истреблялись леса. В целях их сохранения английский парламент еще в 1558–1584 гг. издал ряд указов, ограничивающих рост и размещение металлургических предприятий. Тем не менее потребности в металле быстро увеличивались, и к началу XVII века множество лесов в Европе было полностью уничтожено. В промышленно более развитых странах – Англии, Германии, Голландии, Франции – дрова и древесный уголь стали буквально на вес золота, что резко тормозило развитие промышленности и вынудило интенсивно искать альтернативное топливо.

дрова и древесный уголь
дрова и древесный уголь

Начало промышленной революции в Европе вполне справедливо связывают с «открытием» ископаемого угля для использования в промышленности, произошедшем через 50–80 лет после открытий И. Бехера. В 1735 г. в Англии А. Дерби применяет уголь, а точнее, кокс, полученный выжигом каменного угля в так называемых «кучах», где примерно треть угля сжигалась и две трети превращались в кокс, в качестве топлива и восстановителя для выплавки металла в доменных печах. В 1763 г. Дж. Уатт в Англии, а через 20 лет после этого И. Ползунов в России изобретают паровую машину, где ископаемый уголь используется в качестве топлива. В том же 1763 г. французские металлурги Жара в Люттихе (Бельгия) и Жанзен в Саарской области строят первые коксовые батареи с производством металлургического кокса и улавливанием смолы коксования. Наконец, в 1792 г. англичанин В. Мэрдок не только повторил 180-летней давности опыты голландского естествоиспытателя Я.Б. ван Гальмонта по получению горючего газа из каменного угля, но и оборудовал газовым освещением свой дом в Редруте. Так определились основные направления использования ископаемого угля: топливо (для паровых котлов и бытовых нужд); топливо и восстановитель (кокс для выплавки металлов); сырье для получения жидких и газообразных продуктов, в свою очередь применяемых как топливо либо химическое сырье.

доменная печь
доменная печь
Современная доменная печь

Ведущую роль в деле внедрения газового освещения в городах сыграл в начале XIX века англичанин Ф.-А. Ванзор. Пожалуй, ему легче было решать технические вопросы, чем преодолевать предрассудки общества. Так, известный английский писатель В.Скотт писал о Ванзоре: «Один сумасшедший предлагает осветить Лондон, – чем бы вы думали? Представьте себе – дымом…» Газеты пестрели заявлениями, что искусственное освещение нарушает божественные законы, по которым ночью должна быть тьма; что освещенные улицы будут способствовать росту пьянства, развращенности населения и простудных заболеваний (имелись в виду ночные гуляки); что при новом освещении будут пугаться лошади и обнаглеют воры… Несмотря на это, в 1812 г. английский парламент утвердил учреждение первой в мире «Лондонской и Вестминстерской компании для газового освещения и производства кокса», в 1816 г. был открыт первый газовый завод в США, в 1820 г. – во Франции, в 1835 г. – в России. В 1885 г. в Англии потреблялось около 2,5 млрд.м 3 светильного газа и ненамного меньше каменноугольного газа как домашнего топлива для приготовления пищи.

английский писатель В.Скотт
английский писатель В.Скотт

К началу XIX века развитие производства кокса для металлургии, с одной стороны, и светильного газа, с другой, еще более увеличило количество получаемой каменноугольной смолы и усилило работы по исследованию возможностей ее использования. В 1815 г. английский химик Аккум стал получать из смолы легкие масла – эссенции, нашедшие применение в качестве растворителей и заменителей древесного скипидара. В 1822 г. в Англии первый смолоперегонный завод начал производить легкую каменноугольную смолу – нафту – для пропитки непромокаемых тканей и плащей. В 1825 г. великий английский физик и химик М.Фарадей выделил из продуктов переработки угля бензол, чем заложил основу химии ароматических соединений. В 1842 г. русский химик Н.Н. Зинин открыл методы промышленного получения каменноугольного анилина – важного промежуточного продукта в синтезе искусственных красителей. Это открытие было практически использовано лишь в 1856 г., когда английский студент В.Перкин, обрабатывая анилин, получил первый искусственный органический краситель – мовеин – и быстро организовал у себя на родине производство целого ряда синтетических красителей.

русский химик Н.Н. Зинин
русский химик Н.Н. Зинин

Казалось бы, какое влияние на углехимию может иметь изобретение сетки накаливания в газовых светильниках? Но дело в том, что до этого бензол из сырого газа не извлекали: только его присутствие обеспечивало удовлетворительную яркость освещения. А после этого изобретения, позволившего использовать для освещения и «обедненный» бензолом газ, появилась возможность промышленного извлечения сырого бензола из каменноугольного газа. «Отцом» промышленного сырого бензола считают немца Брунка. Во многом благодаря ему за последнее десятилетие XIX века Германия увеличила производство сырого бензола при углепереработке в 50 раз.

бензол
бензол

В настоящее время мировая потребность в сыром бензоле и других жидких продуктах углехимии не перекрывается их производством из угля коксования и полукокосования. Поэтому ряд стран (Австрия, Эстония, Израиль и др.) получают их из своих горючих сланцев. Стоимость продуктов углехимии, получаемых из горючего сланца, в несколько раз превышает стоимость исходного сырья. Сланцевое масло содержит бензино-керосинную фракцию даже в большей доле, чем каменноугольная смола, в связи с чем, например, Австралия планирует в перспективе полностью заменить местным горючим сланцем привозную нефть.

Каменноугольная смола
Каменноугольная смола

Условия происхождения ископаемых углей

Угли одни из наиболее распространенных видов полезных ископаемых. Они выявлены на всех континентах земного шара. Известно около 3000 угольных месторождений и бассейнов.

Ископаемые угли - это твердая горная порода, образовавшаяся из остатков отмерших растений в результате биохимических, физикохимических и физических преобразований. Кроме органических составляющих, в углях всегда присутствуют минеральные примеси, содержание которых колеблется в широких пределах (от 1–2 до 50%).

угольное месторождение
угольное месторождение

Состав и свойства углей определяются природой их материального вещества, т.е. исходного растительного материала, эпохой и условиями протекания первой стадии углеобразования, а также метаморфизмом, т. е. изменениями угольного вещества, связанными с последующей историей их формирования.

стадии углеобразования
стадии углеобразования
Каменноугольный период (путешествие в прошлое Земли)

Ископаемые угли в значительной своей части образовались из остатков растительного мира прошлых геологических периодов при активном участии микроорганизмов. Вместе с тем для их образования было необходимо не только наличие таких остатков, но и требовались определенные условия, при которых эти растительные остатки могли бы накапливаться в огромных количествах на значительных площадях, сохраняться и в последующее время глубоко преобразовываться, переходя в конечном итоге в ископаемые угли, горючие сланцы или участвуя в создании нефтяных месторождений.

нефтяное месторождение
нефтяное месторождение

Образование углей происходило на протяжении многих геологических периодов, в течение которых неоднократно изменялись климат и рельеф земной поверхности, а следовательно, и растительный мир. Соответственно создавались благоприятные или неблагоприятные условия для образования углей.

Пласты углей встречаются в осадочных породах всех геологических периодов начиная с силурийского возраста, а остатки вообще углистых веществ, по-видимому, органического происхождения известны в значительно более древних породах докембрия.

Эпоха докембрия
Эпоха докембрия

  Растительность для образования угля

В результате детального изучения остатков древесины, коры, ветвей, листьев или их отпечатков, сохранившихся в пластах каменных углей, представилось возможным восстановить первоначальные формы, размеры, строение растений прежних геологических периодов, способы их размножения и даже условия их произрастания. В самые ранние геологические периоды накопление органического материала происходило за счет наиболее примитивных представителей растительноживотного мира. Именно так образовались огромные массы карбонатных пород – известняков, мергелей, доломитов, однако считается, что в отдельных случаях они давали начало и углистым образованиям, сохранившимся до наших дней. Примером могут служить так называемые «шунгиты», встречающиеся среди докембрийских кристаллических сланцев Карелии.

Шунгит - минерал-загадка
Шунгит - минерал-загадка
Погрузка угля в составы

В последующие геологические периоды происходило развитие более сложных организмов – многоклеточных сине-зеленых водорослей, которые явились исходным материалом для некоторых месторождений горючих сланцев. Например, из таких водорослей в нижнесилурийский период образовались горючие сланцы – «кукерситы» – в Эстонии.

кукерсит
кукерсит

Родственное углю твердое горючее ископаемое – горючий сланец – состоит преимущественно из минеральной составляющей (70–90%), а содержание органического вещества (керогена) не превышает 30%.

В связи с преобладанием сапропелитовой компоненты в керогене сланцев при их нагреве от 50 до 98% органической массы выходит в виде летучих и, главным образом, жидких продуктов – сланцевых масел, что дает еще больше оснований, чем в случае сапропелитовых углей, называть горючие сланцы «твердой нефтью».

сланцевое масло
сланцевое масло

Запасы керогена горючих сланцев в земной коре более чем в 30 раз превышают запасы нефти.

Некоторые страны, например Эстония и Израиль, рассматривают горючие сланцы как единственный местный топливный ресурс, а Австралия планирует довести переработку своих сланцев в смолу до масштабов, обеспечивающих полную независимость страны от ввоза нефти.

ввоз нефти
ввоз нефти

Стоимость продуктов, получаемых из горючего сланца (ихтиол и другие фармацевтические препараты, бензин, керосин, смазочные и топливные масла, парафин, лаки и мастики, сырой бензол и др.), в несколько раз превышает стоимость исходного сырья.

На территории Украины расположены крупные месторождения горючих сланцев (Карпатское и Болтышское) с общими запасами более 500 млрд.т. Их разработка сдерживается главным образом из-за того, что не внедряются эффективные технологии переработки сланцев и разделения полученных при этом жидких продуктов.

Завод по переработке горючих сланцев
Завод по переработке горючих сланцев

К началу девонского периода водоросли в своем эволюционном развитии сделали значительный шаг вперед, приспособившись к существованию в прибрежной части суши. Эта первая полуназемная растительность – псилофиты (без настоящих листьев и корней) – местами давала значительные заросли, из которых впоследствии образовались уже настоящие угли (месторождения по р. Барзас в Кузнецком бассейне, угли Медвежьего острова в Баренцовом море).

псилофиты
псилофиты

Наиболее пышного расцвета наземная растительность достигает в каменноугольный период, когда на смену псилофитам приходят тайнобрачные (древовидные папоротники, огромных размеров хвощи) и плауновые (каламиты, лепидодендроны, сигиллярии), которые размножались спорами. Заселяя низменные берега прибрежно-морских и континентальных водоемов, эта растительность явилась исходным материалом, из которого формировались такие крупнейшие угольные бассейны, как Донецкий, Кузнецкий, Карагандинский, Подмосковный и многие другие в различных районах земного шара.

сигиллярии
сигиллярии

В последующее время по мере эволюции растительного мира тайнобрачные постепенно вытесняются голосемянными, являвшимися прообразом современных хвойных, кордаитами. Господство кордаитов наступает в юрский и нижнемеловой периоды. В результате имело место образование многих угольных месторождений Сибири и Дальнего Востока (Канско-Ачинский, Иркутский, Буреинский бассейны).

угольное месторождение Сибири
угольное месторождение Сибири

В нижнемеловом периоде появляется еще более совершенная растительность из числа покрытосемянных, уже близкая к современной. Гигантские деревья достигают 100 м высоты при диаметре стволов до 15 м. Новый пышный расцвет растительного мира наблюдался в третичном периоде.

третичный период
третичный период

Таким образом, за время, прошедшее с момента появления органической жизни, на Земле неоднократно возникали особо благоприятные условия для развития растительного мира. В каменноугольный, пермский, юрский, меловой и третичный периоды они обеспечили образование основной массы угольных месторождений.

юрский период
юрский период

  Климатические условия для образования угля

Для усиленного развития растительного мира необходим прежде всего благоприятный климат, влияние которого сказывается не только на росте растений, но и на строении и составе флоры. Так, растения каменноугольного периода достигали большой высоты, имели толстые, мягкие, большие листья, обладали слабой корневой системой. Годовые кольца у них отсутствовали. Несомненно, что они произрастали в условиях теплого, влажного и равномерного климата. Примерно такой же климат был в юрский период и в начале третичного.

Лес каменноугольного периода
Лес каменноугольного периода

Вместе с тем значительные количества растительного материала накапливаются в современных торфяниках в районах умеренно-холодного климата. Это показывает, что и в прошлые геологические периоды примерно в таких же климатических условиях могло происходить накопление торфа – исходного материала для образования угля.

накопление торфа
накопление торфа

  Роль рельефа при образовании угля

Важным фактором для углеобразования является характер рельефа поверхности, от которого зависят условия произрастания растений и накопления их остатков. Накопление значительных количеств растительных остатков возможно только в областях пониженного рельефа, с заболоченными площадями, подобных современным торфяникам. Кроме того, равнинно-низменный рельеф, особенно в прибрежно-морских условиях, благоприятствовал существованию равномерного и влажного климата, а тем самым способствовал усиленному произрастанию и общему расцвету растительного мира.

равнинно-низменный рельеф
равнинно-низменный рельеф

  Автохтонное накопление угля

Основная масса материнского вещества угля в форме растительных остатков накапливалась на месте произрастания растений. Такой вид накопления называется автохтонным. Наглядное представление об условиях автохтонного накопления дают современные торфяники. Торфяные болота образуются в результате зарастания наземными и водными растениями различных водоемов со стоячей или малоподвижной водой (болот, озер, заливов и лагун морей и океанов). В застойных водах при недостатке кислорода растительный материал предохраняется от полного окисления и, кроме того, в них слабо развиваются микроорганизмы, разрушающие растения.

Торфяные болота
Торфяные болота
Торфяное болото

Наиболее благоприятными для развития наземно-водных растений и накопления их остатков являются низинные болота, питающиеся грунтовыми водами, богатыми минеральными солями. При этом особенно большое значение для углеобразования имеют болота – топи, в которых уровень грунтовых вод всегда стоит несколько выше торфяного слоя. В зарастании водоемов озерно-болотной растительностью существует закономерная последовательность. В прибрежной – самой мелководной – части произрастает осока, с увеличением глубины начинают преобладать тростники, затем камыши, а глубже 3–4 м образуется подводная зона из кувшинок и водяных лилий. На открытой поверхности водоемов в большом количестве развивается так называемый «планктон», состоящий из свободно плавающих микроводорослей. Из остатков болотной травяной растительности впоследствии и образуется торф – осоковый, тростниковый, камышовый. Планктон же микроводорослей при отмирании падает на дно и, смешиваясь с глинистыми частицами, образует сапропель – гнилостный ил.

водяные лилии
водяные лилии

В дальнейшем на поверхности заросшего торфяного болота развиваются мхи, способные существовать за счет влаги атмосферных осадков, затем с берегов начинает продвижение травянистая, а за ней и древесная растительность (ольха, береза).

ольха
ольха

Большинство современных торфяников образуется на континентах с умеренно-холодным и относительно влажным климатом. В прошлые геологические периоды накопление остатков растительности происходило главным образом в огромных приморских лагунах и заливах в условиях более теплого и влажного морского климата. Однако аналогичные условия, хотя и в меньших масштабах, имеются и в настоящее время. Примером может служить огромный торфяник «Гиблое болото» в Северной Америке, расположенный на берегу Атлантического океана. Здесь исходным материалом для образования торфа является древесная растительность (кипарисы, тополи, кедры), приспособленная к жизни в болотных условиях.

кипарис
кипарис

Известное представление о торфяниках, образующихся в условиях жаркого климата, дают современные мангровые болота морского побережья Индии и Цейлона, где накапливается большое количество растительного материала и органического ила.

органический ил
органический ил

Большинство угольных месторождений имеет автохтонное происхождение. Угли автохтонного происхождения обладают некоторыми особыми признаками, главные из которых следующие:

- наличие корневых остатков в почве угольных пластов. Часто в глинистой почве угольных пластов наблюдаются остатки и обрывки корешков растений (стигмарии). У донецких шахтеров такие слои получили специальное название «кучерявчик»;

Стигмария
Стигмария

- почвы с обуглившимися пнями деревьев;

пни деревьев
пни деревьев

- вертикально стоящие пни иногда встречаются в большом количестве при разработке угольных пластов, представляя собой как бы остатки ископаемого леса;

угольный пласт
угольный пласт

- боковые корневые побеги. Некоторые растения (тростники, хвощи), поднимаясь все выше и выше по мере роста торфяника, дают дополнительные корневые побеги, которые и встречаются в углях;

КОРНЕВЫЕ ОТПРЫСКИ - побеги, развивающиеся из придаточных почек
КОРНЕВЫЕ ОТПРЫСКИ - побеги, развивающиеся из придаточных почек

- известковые почки. Под этим названием понимаются конкреции, чаще всего округлой формы, по своему химическому составу близкие к доломиту. В этих конкрециях нередко находят минерализованные остатки растений совершенной сохранности, что исключает возможность их переноса. Чистота угля, т. е. незначительное содержание в нем золы, также является одним из признаков его автохтонного образования, так как при переносе растительных остатков текучими водами последние всегда несут и песчано-глинистый материал, который дает повышенную зольность угля;

Древесная зола - отличное калийное и фосфорное удобрение
Древесная зола - отличное калийное и фосфорное удобрение

- постоянная мощность угольных пластов на больших протяжениях. Очень часто пласты каменных углей расположены на площадях в сотни и даже тысячи квадратных километров при небольших колебаниях в их мощности. Это возможно только при условии их образования на месте произрастания растительности, так как только в таком случае можно допустить равномерное накопление огромных масс растительных остатков.

растительные остатки
растительные остатки

  Аллохтонное накопление угля

Часть угольных месторождений образовалась в результате переноса и переотложения растительного материала текучими водами. Реки часто переносят на большие расстояния стволы деревьев и другой растительный материал, который на участках с замедленным течением, в заводях, широких устьях, дельтах задерживается и, оседая на дно, может давать значительные накопления.

Ландшафт продуктивной эпохи каменноугольного периода
Ландшафт продуктивной эпохи каменноугольного периода
Важнейшие показатели бурого и каменного углей
Важнейшие показатели бурого и каменного углей

Признаки образования угольных месторождений аллохтонным способом в общем противоположны признакам их возникновения автохтонным способом. Кроме того, для угольных пластов, образовавшихся аллохтонным способом, весьма характерно расщепление на несколько выклинивающихся пачек.

Мальчик дробит ломом угольный пласт в карьере в деревне Бокапахари
Мальчик дробит ломом угольный пласт в карьере в деревне Бокапахари
мельница для дробление каменного угля

  Образование бурых углей и их разновидностей

На открытом воздухе растительность после отмирания подвергается медленному окислению или тлению. При тлении образуются газообразные продукты (СО2), вода и небольшое количество золы. При ограниченном доступе кислорода растительность полностью не разлагается и возникает так называемый перегной. Изменение же растительных остатков с образованием торфа может происходить только в относительно более глубоких частях водоемов без доступа кислорода воздуха. Здесь в разложении остатков основная роль принадлежит микроорганизмам, так называемым анаэробным бактериям, способным существовать в безвоздушной среде. Таким образом, процесс формирования торфа по существу биохимический и представляет собой медленное и постепенное окисление за счет кислорода самого растительного материала. При этом кислород стремится перейти в СО2, а водород в СН4.

бурый уголь
бурый уголь
буроугольный брикет

С разложением растительных тканей под водой всегда связано образование органических гуминовых кислот, а сам процесс разложения носит общее название гумификации.Образовавшиеся из торфа угли принято называть гумитами,или гумусовыми углями. После образования над торфяником минеральной кровли биохимические процессы постепенно замедляются и начинаются дегидратация торфа (потеря воды), его уплотнение и уменьшение количества гуминовых кислот. Изменение элементного состава органической массы сводится в основном к уменьшению процентного содержания кислорода и увеличению доли углерода. В совокупности все эти факторы и определяют постепенный переход торфа в бурый уголь.

гумусовый уголь
гумусовый уголь

Бурый уголь, который еще сохранил ясное строение древесины, называется лигнитом, являющимся как бы промежуточным образованием между торфом и бурым углем. В особые группы выделяются так называемые липтобиолиты и сапропелиты – угли, по исходному веществу и условиям образования отличные от гумусовых углей.

сапропелит
сапропелит

К липтобиолитам относят угли, состоящие из остатков наиболее устойчивых частей высших растений – спор, смолы, кутикулы (кожицы), пробковой ткани коры. Они могут накапливаться на месте полного разложения менее устойчивых частей растений, образуя самостоятельные прослои липтобиолитов среди бурых или каменных углей. В других случаях – при размыве торфяника – наиболее устойчивые части растительной массы, переносимой водой, отлагаются в пониженных местах рельефа и могут образовать слой липтобиолитов. Именно так, например, образуются скопления споровых, или «бумажных» (состоящих из обрывков кутикулы), углей.

пробковая ткань коры
пробковая ткань коры

На дне водоемов со стоячей и малоподвижной водой, как уже было указано, накапливаются остатки низших водорослей и планктон животных микроорганизмов. Разлагаясь, они преобразуются в бесструктурную студнеобразную массу – сапропель, или гнилостный ил. При этом белки и жиры, которыми богаты низшие организмы, превращаются в жирные кислоты – битумы, почему и сам процесс называют битуминизацией. Сапропель является главным исходным материалом для сапропелевых углей –сапропе3 литов – и горючих битуминозных сланцев.

Сапропель
Сапропель

Собственно сапропелиты отличаются тонкозернистым строением, вязкостью, раковистым изломом и состоят из скоплений хорошо сохранившихся микроскопических водорослей, сцементированных бурой основной массой. Содержание золы в них не превышает 40%. Такие сапропелиты носят общее название богхедов. Они всегда содержат какую-то часть примеси гумуса; в зависимости от его количества образуются переходные типы углей между сапропелевыми и гумусовыми, которые соответственно называют полубогхеды, кеннель-богхеды и т. д. К сапропелитам относят также горючие сланцы, обычно содержащие свыше 40% золы.

зола
зола

  Переход бурых углей в каменные

Образование каменных углей происходит в результате воздействия высокой температуры и давления. Нижележащие пласты имеют более высокую степень метаморфизма, чем пласты, залегающие выше, когда они медленно погружаются в глубинные зоны земной коры.

земная кора
земная кора
Брикетирование каменного и бурого угля

При региональном метаморфизме угольные пласты, которые образовались первыми, испытывают большее давление и воздействие высокой температуры, чем пласты, залегающие выше. Поэтому ранние по возрасту угольные пласты в одном и том же бассейне обычно оказываются наиболее метаморфизованными.

Региональный метаморфизм
Региональный метаморфизм

Контактовый метаморфизм обусловливается тепловым и химическим воздействием магматических пород, внедрившихся в угленосную толщу. В результате бурые угли могут превращаться в каменные угли, антрациты, а иногда в естественные коксы или даже графиты (например, таково происхождение их тунгусских месторождений). Метаморфизм является причиной изменения физических и химических свойств угля: уменьшаются влажность и количество летучих составных частей органической массы, закономерно уменьшается количество кислорода, а содержание углерода возрастает, в связи с чем такой процесс изменения углей называется углефикацией. Угли приобретают черный цвет, блеск и большую плотность. При дальнейшей углефикации каменные угли переходят в тощие, а затем в антрациты.

Каменный уголь Антрацит
Каменный уголь Антрацит

Окаменелости в угольных пластах

Залежи каменного угля можно назвать гигантской могилой первобытного растительного мира, так как они являют собой не что иное, как окаменевшую при полном отсутствии воздуха растительную массу. Под действием огромного давления верхних напластований и повышенной температуры эти погребенные останки растений превратились в уголь. Нас интересует, образованы ли эти угли исключительно растительными окаменелостями или в них встречаются и другие добавления? По данным печатных изданий, в 1912 году в Оклахоме (США) в глыбе каменного угля был обнаружен железный кувшин. В Шотландии шахтеры также находили в угольном пласте железный инструмент. Известны случаи, когда в древних напластованиях находили железные гвозди (что при этом особо важно - установлено, что все эти металлические предметы не попали туда позже, но находились в напластованиях в момент их образования). Все это весьма странно, ведь железные изделия считаются характерными для значительно более поздних времен. Во всяком случае, так утверждает теория эволюции. Согласно эволюционной геохронолог, окаменение растительных масс происходило в карбоне.

алюминиевый гвоздь в куске угля
алюминиевый гвоздь в куске угля

Безразлично, имеем ли мы дело с угольными пластами, возникшими при миоцене или при карбоне - эволюционная теория категорически отвергает возможность наличия в них предметов человеческого труда. Согласно эволюционной теории, человек появился лишь несколько миллионов лет назад, тогда как возраст угольных пластов оценивается в сотни миллионов лет! Раз мы уже заговорили о каменноугольных отложениях, назовем еще несколько интересных фактов. По мнению эволюционистов, каждый пласт угля являет собой период, в течение которого произошло опускание поверхностного слоя почвы, сопровождавшегося образованием болот и торфяных озер. Впоследствии спрессованная растительная масса должна была покрываться слоем осадочных пород, после чего процесс повторялся вновь.

торфяное озеро
торфяное озеро

На сегодняшний день существует много болот, но, насколько известно, ни одно из них не образовано непрерывной последовательностью слоев угля и осадочных пород. Принятая теория образования каменноугольных пластов из болот не подтверждается данными исследований, гораздо более реалистичным выглядит объяснение их происхождения с точки зрения природных катастроф.

природная катастрофа
природная катастрофа

Окаменевшие останки деревьев порой встречаются в угольных пластах почти в вертикальном положении, что скорее указывает на значительное передвижение растительной массы (например, при потопе), чем на ее постепенное накопление.

останки деревьев в угле
останки деревьев в угле

Лепидодендрон - это древнее деревоподобное растение с корой, напоминающей сосновую шишку, которое давно вымерло. Листья этого растения были похожи на стебли травы и лепидодендрон ближе все-таки к травам, чем к современным деревьям. Большая часть залежей европейского угля является останками этих древних растений. Окаменелости лепидодендрона очень интересные. Длинные стволы деревьев часто сохранялись в окаменелостях целиком, высота такого ствола могла достигать 30 метров, а ширина - около метра.

Лепидодендрон
Лепидодендрон

Порой залежи каменного угля делятся на два пласта, разделенных слоем морских отложений (изобилующим останками морских животных и растений).

Морские окаменелости (черви, губки, кораллы и т.д.) иногда встречаются даже в самих угольных пластах, что также свидетельствует в пользу потопной модели. Однако для осадочной (эволюционистской) теории это смешение морской и наземной флоры и фауны поистине загадочно.

Окаменелости морских лилий
Окаменелости морских лилий

Порой в каменноугольных пластах встречаются огромные камни, появление которых в случае осадочной модели также труднообъяснимо.

Так называемые стигмарии, порой считавшиеся корнями окаменевших деревьев и рассматривавшиеся как доказательство когда-то существовавших в тех местах лесов, оказались обломками, принесенными морскими потоками и не имеющими ничего общего с деревьями.

стигмарии в камне
стигмарии в камне

Однако самое примечательное в каменноугольных пластах - это их многочисленность. В окрестностях индийской реки Дамодар чередующиеся пласты каменного угля и осадочных отложений насчитывают примерно 50-60 слоев, толщина некоторых из них достигает 30 метров. В Новой Шотландии (Канада) обнаружено 76 располагающихся друг над другом напластований, в некоторых местностях Англии их насчитывается до 80, в Германии - до 100. Просто невозможно представить себе, что земная поверхность 80-100 раз подряд поднималась и вновь опускалась, образуя каждый раз новые болота.

река Дамодар
река Дамодар

Гораздо более простое объяснение этого феномена состоит в том, что эти напластования образованы прокатившимися по всей земле гигантскими волнами потопа, каждая из которых несла большое количество органической массы и способствовала образованию соответствующего осадочного слоя. При этом наиболее тяжелые предметы (например, деревья) должны были попасть преимущественно в нижние слои отложений, за ними последовали бы слои песка и, наконец, верхние напластования были бы образованы глиняными наносами - это очевидное предположение полностью подтверждается сегодняшней структурой земной коры. Кроме того, превращение органической массы в каменный утоли гораздо проще объяснить с точки зрения природных катастроф (огромное давление, повышенная температура, адиабатическое сжатие - без теплообмена), чем с помощью модели, предполагающей постепенное накопление органических отложений. Современные исследования показали, что в условиях высокого давления и высокой температуры дерево способно превратиться в уголь менее чем за час (органические останки таким же путем превращаются в нефть).

отпечаток растения на буром угле
отпечаток растения на буром угле

Останки позвоночных встречаются относительно редко по сравнению с беспозвоночными морскими созданиями. Большая часть летописи окаменелостей представлена морскими беспозвоночными и растительными материалами в виде угля и нефти; позвоночные в ней встречаются нечасто, а останки людей - и вовсе большая редкость.

морские беспозвоночные
морские беспозвоночные

  Окаменелости костей динозавров в угольных пластах

Палеонтологи знают, где искать окаменелости, потому что они встречаются только в осадочных породах в том числе и в угле. Стоит отправится в то место, где залегают осадочные породы, и у вас есть шанс найти окаменелости. Самые захватывающие находки - это, несомненно, кости динозавров. бывает, что они принадлежат уже известной разновидности, но иногда удаётся обнаружить и совершенно нового, ранее неизвестного науке динозавра. После того как окаменевшие кости попадут в руки учёных. может понадобиться несколько лет, чтобы собрать полный скелет и воссоздать прижизненный облик этого динозавра. Если скелет распался на отдельные части, палеонтологи отмечают местоположение каждой кости. В дальнейшем это поможет им правильно собрать полный скелет. 

окаменелость древнего животного
окаменелость древнего животного

 

Окаменевшие кости бывают очень хрупкими. Чтобы предохранить их от разрушения, их следуетобмотать влажной материей, а затем обмотать полосками ткани, вымоченной в гипсовом растворе. Иногда найденная окаменелость почти целиком скрыта в толще твёрдой породы. В таких случаях приходится вырубать целый блок природы и везти его в лабораторию. Там порода, заключающая в себе окаменелость, удаляется при помощи миниатюрных свёрл или же смывается химическим раствором. при этом палеонтологам приходится быть очень осторожными, дабы не повредить свою находку. 

окаменелость динозавра в буром угле
окаменелость динозавра в буром угле

 

Воссоздать прижизненный облик динозавра палеонтологам помогают отметины на их ископаемых костях. дело в том, что на костях любого животного имеются бугорки и царапины в тех местах, где прежде крепились мышцы. Изучая подобные следы на окаменевших костях, учёные могут определить строение мускулатуры динозавра. После того, как палеонтологи тщательно очистят найденные кости, они приступают к восстановлению полного скелета. при этом отдельные кости собирают из мелких фрагментов, как в некоей загадке-головоломке. Если какая-либо из костей отсутствует вовсе, её приходится заменять на аналогичную другого динозавра этого же вида. 

Палеонтологи нашли окаменелость друвнего животного
Палеонтологи нашли окаменелость друвнего животного

В музеях вы можете иногда встретить скелеты, скреплённые проволокой, которая удерживает их в естественном положении. Если какая-либо окаменелость представляет собой очень большую ценность, вместо настоящих костей в музее выставляют их модели из стекловолокна.

Скелет динозавра в музее
Скелет динозавра в музее

Свойства углей

Все свойства углей делятся на химические и физические. Некоторые из этих свойств и их особенностей описаны в этом разделе.

рабочий толкает каретку в углем
рабочий толкает каретку в углем

  Химические свойства углей

К химическим свойствам относится спекаемость, коксуемость, вывестривание, самовозгорание, смерзание углей и другие. Некоторые из них описаны ниже.

Горящий коксующийся уголь
Горящий коксующийся уголь

    Спекаемость и коксуемость углей

При нагревании углей без доступа воздуха происходят сложные превращения, характер которых зависит как от химического строения органической массы угля, так и от условий их термической обработки (нагрева).

При нагревании спекающихся углей образуются промежуточные жидкие (высокотекучие) продукты, нелетучие в момент их образования, играющие важную роль в процессах спекания и получения кускового кокса.

кусковый кокс
кусковый кокс
как делают кокс

Эта способность обусловлена наличием в углях структурных единиц с числом ароматических колец 3,5–4,5, которые в процессе термодеструкции обладают достаточной подвижностью для формирования жидкопластической фазы – метапласта. Метапласт связывает частицы твердого остатка в однородную массу и затем твердеет (спекается) в результате участия в полимеризации.

метапласт
метапласт
Станок для нанесения покрытий МетаПласт

Долгое время считалось, что спекаемость угля обеспечивается содержанием в исходном угольном веществе битумов или веществ сапропелитовой природы, что не объясняло изменения свойств спекаемости при изменении условий термической обработки. Теория метапласта была впервые предложена Д. Ван Кревеленом (Нидерланды) и после ряда модификаций считается общепринятой основой теории коксования углей.

Модель Ван–Кревелена
Модель Ван–Кревелена

Для оценки спекаемости существуют много различных методов, подавляющее большинство которых основано на установлении параметров пластической массы (свободное вспучивание, пластометрический метод, дилатометрия по методу Адибера Арну, метод Рога, метод Грей-Кинга и др.). Большинство этих методов позволяет оценить и коксуемость, которая рассматривается как способность углей при условиях, применяемых для коксования в камерных печах, образовывать кусковой кокс с определенными физико-механическими свойствами.

печь для коксования угля
печь для коксования угля

    Смерзание углей

Влажные угли, с содержанием внешней влаги более 5%, при перевозке их на большие расстояния или при хранении в зимних условиях подвергаются смерзанию. Наиболее подвержены смерзанию пористые угли и в мелких кусках (штыб).

мёрзлый уголь
мёрзлый уголь

Имеется ряд профилактических средств для предупреждения смерзания углей, как например: послойная пересыпка или пере­мешивание углей с негашеной известью, поваренной солью, хло­ристым кальцием, графитом и мелом, прокладка углей опилками, соломенной сечкой, торфяной мелочью и тому подобными мате­риалами.

соломенная сечка
соломенная сечка

    Химическое выветривание углей

Химическое выветривание связано с разложением мине­ральных компонентов породы и образованием за их счет новых более стойких, минералов, или разложения органического вещества угля.

Химическое выветривание происходит, главным образом, под влиянием кислорода воздуха и особенно минерализованной воды, насыщенной кислородом, углекислотой и другими газами. Таким образом, постоянными процессами химического выветривания явля­ются окисление и гидратация (поглощение влаги), в результате которых происходят сложные химические изменения органических веществ, входящих в состав углей.

Изменение трещиноватости углей при окислении
Изменение трещиноватости углей при окислении

Образующаяся, в результате выветривания, мелочь и угольная пыль увеличивают потерю угля при грузовых работах, особенно во время ветра. Кроме того, угольная пыль при концентрации 10—32 г на 1 m3 воздуха образует взрывоопасную смесь, что вызы­вает необходимость осторожного обращения с огнем, особенное трюмах во время грузовых работ. Взрыв может произойти от лю­бого источника огня — зажженной спички, искры при ударе по металлическому предмету, короткого замыкания электрических проводов и т. п.

люди грузят лопатами угольную пыль
люди грузят лопатами угольную пыль

Склонность углей к выветриванию зависит от механической прочности и химического их состава и определяет способность углей выдерживать дальние перевозки, перегрузки, а также сроки хра­нения без значительных качественных изменений и связанных  с ними потерь. Склонность углей к выветриванию следует учиты­вать при закладке их на длительное хранение, а также при предъя­влении их к перевозке.

перегрузка угля
перегрузка угля

    Самосогревание и самовозгорание углей

Уголь в определенных усло­виях способен самовозгораться. Будучи сложен на поверхности земли или находясь в трюме судна, уголь поглощает (адсорбирует) кислород воздуха, который вступает в химическое взаимодействие с веществом угля, образуя перекиси.  Химическое воздействие кислорода на вещество угля сопровождается выделением тепла, от которого температура угля повышается. Повышение температуры, в свою очередь, способствует более быстрому и интенсивному оки­слению угля. Если образовавшееся при этом тепло не рассеивается, с достаточной быстротой в окружающее пространство, то темпе­ратура может достигнуть критической, при которой уголь заго­рается.

возгорание угля
возгорание угля

Процесс самосогревания угля и других органических веществ, например торфа, сена, хлопковых очесов и др., может произойти также в результате жизнедеятельности так называемых термофильных, или выносливых к действию высоких температур, микробов. При этом следует различать самосогревание  (до 80° С), как явление, связанное с деятельностью микроорганизмов, и самовозгорание,   как явление химического порядка, насту­пающее при доступе кислорода воздуха к самосогревающейся массе. Наиболее устойчив поверхностный слой угля,  непосредственно соприкасающийся с воздухом, так как образующееся тепло легко рассеивается. Согревание угля происходит всегда внутри штабеля, чаще ближе к основанию и зависит от высоты штабеля. Тепло внутри штабеля не успевает рассеиваться и вызывает повышение темпера­туры угля, которая, в свою очередь, способствует ускорению оки­сления угля.

Классификация углей по самовозгоранию
Классификация углей по самовозгоранию

  Химический состав углей

Уголь является ценнейшим энергетическим и промышленным сырьем. Состав и свойства этого сырья весьма различны из-за разнообразия исходного органического материала и условий образования угольного вещества. Знание состава и свойств угля необходимо для того, чтобы организовать его энергетическую и технологическую переработку наиболее эффективно и с наименьшими экологическими последствиями.

уголь фото
уголь фото

 

Общепризнанно, что уголь является продуктом глубоких превращений древней растительности и микроорганизмов. Лигнин и углеводы, из которых в основном состоит наземная растительность, и липиды, которых больше всего в водной растительности и микроорганизмах, состоят из углерода С, водорода Н и кислорода О; белки, которые входят в состав как наземной, так и водной растительности, включают также азот N и серу S. Все перечисленные элементы входят в состав органической части угля.

древняя растительность
древняя растительность

Углеводы (условная формула Сn(H2O)m) занимают первое место по удельному весу среди органических веществ на Земле. Из них наиболее распространена целлюлоза (С6Н10О5) n – до 50% сухой массы наземных растений, их основной «строительный материал». Под действием микроорганизмов целлюлоза легко разрушается.Лигнин – второе по распространенности органическое вещество, сложный аморфный полимер ароматической природы с присоединенными –ОН, –ОСН3 и другими группами. В наземных растениях выполняет роль цементирующего вещества, склеивающего пучки целлюлозных волокон, составляет до 30% их сухой массы. В среднем лигнин содержит по массе 63% углерода (усредненная условная формула С9Н10,3О3,) и считается основным углеобразующим веществом.

целлюлоза
целлюлоза

Липиды – широкая группа веществ, способных растворяться в органических растворителях и практически нерастворимых в воде. К липидам относят жиры, воски, смолы – углеводороды в основном цепочечной (кроме смол) структуры, с усредненной условной формулой СН1, 8О0, 8. Липиды составляют до 30% массы водной растительности и бактерий и являются вторым по важности углеобразующим веществом.

Липиды - обширная группа жироподобных веществ
Липиды - обширная группа жироподобных веществ

Белки - это природные высокомолекулярные соединения сложной структуры (цепочки, свернутые в виде спирали или клубка). Они являются структурной основой живых организмов, обеспечивают наследственную передачу и формирование их признаков и свойств. Белки содержат по массе около 54% С, 7% Н, 22% О, 16% N, до 2,4% S. В водорослях и бактериях их до 40–50% сухой массы, в наземных растениях – до 20%. Белки легко разлагаются, но продукты их разложения частично связываются с другими органическими остатками, что обеспечивает в углях наличие азота и органической серы. Процесс разложения отмерших растений и микроорганизмов зависит от условий доступа кислорода воздуха.

разложение отмерших растений
разложение отмерших растений

На поверхности почвы при свободном доступе воздуха или в почве на небольшой глубине происходят тление и перегнивание, при которых органические остатки полностью или по большей части реагируют с кислородом воздуха до диоксида углерода СО2 и воды Н2О и в дальнейшем не участвуют в углеобразовании. Наоборот, когда органические остатки пропитаны водой или полностью погружены в нее, доступ кислорода мал или отсутствует и преобладают биохимические процессы оторфенения и гнилостного брожения. При этом главная масса исходного органического материала переходит в торф(продукт биохимических превращений преимущественно наземной, или гумусовой, растительности, основа образования гумусовых углей) или сапропель (продукт биохимических превращений водной растительности и микроорганизмов, основа образования сапропелитовых углей), являющиеся основой для дальнейшего образования угля. Плотность сапропеля обычно больше, а влажность и пористость меньше, чем у торфа. Большинство углей Украины относятся кгумусо-сапропелитовымс преобладанием гумусовой компоненты.

Реконструкция рельефа кристализированного белка
Реконструкция рельефа кристализированного белка

На стадии оторфенения и гнилостного брожения молекулярная структура органических остатков значительно упрощается. Углеводы почти полностью, а белки частично разлагаются под влиянием жизнедеятельности микроорганизмов с выделением газообразных (оксид СО и диоксид углерода СО2, метан СН4, сероводород H2S, аммиак NH3) либо растворяющихся в воде веществ и воды. Основу разложившейся органики теперь составляют наиболее биохимически устойчивые углеводородные «ячейки», или структурные элементы:алифатические цепочки (СН2)n, присущие сапропелям, иароматические соединения (С6Н6), присущие гумусам, причем ароматические кольца могут образовывать ароматические группы. Вместо атомов водорода с алифатическими цепочками и ароматическими группами могут быть связаны одно и двухвалентные группы –OН, =СО, –СН3, –СООН, =SO, –SH, –NH2.

аммиак
аммиак

Среди отличий свойств алифатических и ароматических углеводородов наибольшее значение имеют следующие:

- энергия связи атомов углерода в ароматических соединениях почти вдвое больше, чем в алифатических;

атом углерода
атом углерода

- отношение количества атомов Н/С в алифатических углеводородах составляет около 2, в простых ароматических – около 1;

Углеводородные смолы
Углеводородные смолы

- с увеличением степени полимеризации ароматических соединений оно уменьшается, алифатических не изменяется.

Полимеризация
Полимеризация

Таким образом, ароматические соединения содержат больше углерода, чем алифатические, и более устойчивы к физико-химическому воздействию. Предельными случаями высокополимеризованной, иликарбонизо- ванной, ароматической структуры являются графит и сажа (технический углерод). Они не содержат атомов водорода, кроме присоединенных к периферийным атомам углеродной решетки, и отличаются высокой химической инертностью, а графит к тому же – прочностью и огнеупорностью.

графит
графит
Графит

Согласно наиболее распространенной теории метаморфизма на последующих стадиях биохимические процессы прекращаются, основная роль принадлежит физико-химическим процессам, протекающим при невысокой температуре (буроугольная стадия) и при повышенной температуре в условиях высокого давления вышележащих пластов (каменноугольно-антрацитовая стадия). Согласно теории углеобразования Г.Л. Стадникова степень углефикации определяется интенсивностью жизнедеятельности анаэробных микроорганизмов, наиболее высокой в условиях полной изоляции от воздуха, например, вследствие покрытия органических скоплений морем. Так или иначе, этот процесс проходил в течение десятков миллионов лет и сопровождался дальнейшей полимеризацией ароматических структур и отщеплением наиболее слабосвязанных Н–, О– и S–содержащих групп, покидающих угольное вещество в газообразном виде. Считают, что выбросы метана в шахтах вызваны именно его отщеплением в процессе углефикации при невозможности выхода из пласта через газоплотную кровлю.

Основные структурные элементы разложившихся органических остатков а – алифатическая цепочка, б – ароматическое кольцо(атомы углерода в углах не показаны), в – ароматическая группа (периферийные атомы водорода не показаны)
Основные структурные элементы разложившихся органических остатков а – алифатическая цепочка, б – ароматическое кольцо(атомы углерода в углах не показаны), в – ароматическая группа (периферийные атомы водорода не показаны)
Линейные модели угольных макромолекул
Линейные модели угольных макромолекул

Изменение молекулярной структуры гумусосапропелитового угля по мере углефикации от бурого (лигнита) до полуантрацита можно проиллюстрировать с помощью упрощенной линейной модели угольных макромолекул.

угольная макромолекула
угольная макромолекула

Можно видеть, что по мере увеличения степени углефикации (метаморфизма) в угольном веществе атомарное отношение Н/С снижается от 0,83 до 0,51, О/С – от 0,23 до 0,01;степень ароматичности (доля атомов углерода, входящих в состав ароматических фрагментов макромолекул) растет от 0,50–0,55 до 0,90–0,96;средний размер ароматических фрагментовмакромолекул растет от 2–3 до 8–12 ароматических колец на фрагмент.

Изменение характеристик углей с повышением степени углефикации
Изменение характеристик углей с повышением степени углефикации

Рост атомарной доли углерода, степени ароматичности и среднего размера ароматических фрагментов свидетельствует о повышении степени карбонизации с ростом степени метаморфизма. При этом снижается реакционная способность угля– характеристика, обратная химической инертности.

Выгоревшие терриконы сухих отходов добычи угля (Львовско-Волынский бассейн)
Выгоревшие терриконы сухих отходов добычи угля (Львовско-Волынский бассейн)

Изменение реакционной способности угля с изменением степени метаморфизма хорошо иллюстрируется явлениями выветривания угольных пластов и самоокисления добытого угля в штабелях, наиболее сильными для каменных углей. Более метаморфизированные антрациты подвержены выветриванию и самоокислению значительно слабее. Наименее метаморфизированные бурые угли защищает от выветривания и самоокисления влага, запирающая поры, однако подсушенный бурый уголь окисляется очень быстро. Самоокисляются (выгорают) также терриконы сухих от ходов добычи угля, содержащие породу и остаточный углерод.

терриконы донбасса
терриконы донбасса

Как в природных условиях степень карбонизации угля возрастает по мере углефикации (метаморфизма), так и в искусственных условиях степень карбонизации угольного вещества можно увеличить путем нагревания без доступа воздуха. Этот процесс также сопровождается полимеризацией ароматических структур и отщеплением наиболее слабосвязанных Н-, О и S-содержащих групп в виде газов и паров. Именно таким путем – нагревом без доступа воздуха – получают древесный уголь. Интересно, что чем более метаморфизирован гумусо-сапропелитовый уголь, тем меньше он теряет при нагреве газов и паров или летучих веществ. Поэтому выход летучих веществ можно рассматривать как косвенную характеристику степени метаморфизма угля.

Мацералы, микроскопически различимые на шлифах каменных углей  а – чистый витринит (увеличение×250), б – включение инертинита (увеличение 250), в – включение липтинита (макроспора, увеличение 140)
Мацералы, микроскопически различимые на шлифах каменных углей а – чистый витринит (увеличение×250), б – включение инертинита (увеличение 250), в – включение липтинита (макроспора, увеличение 140)

Летучие вещества являются наиболее реакционноспособной частью угольного вещества, а частично карбонизованный твердый остаток – наименее. Поэтому выход летучих веществ косвенно характеризует также реакционную способность угля.

угольное вещество
угольное вещество

По мере увеличения степени углефикации (метаморфизма) изменяются также физические свойства угля. Увеличиваются кажущаяся плотность угля и его прочность, уменьшаются пористость и максимальная влагоемкость. Для гумусо-сапропелитовых углей украинских месторождений высшая теплота сгорания на сухую беззольную массу возрастает от 30–31 МДж/кг для бурых до 35–36 МДж/кг для каменных (в связи со снижением доли кислорода), уменьшаясь для антрацита до 34–35 МДж/кг (в связи со снижением доли водорода). Угли отличаются также внешним видом.

Рабочий бросает уголь лопатой
Рабочий бросает уголь лопатой

Бурые угли принято делить на два крайних типа – землистые, углефикация которых происходила при частичном доступе воздуха, например через песчаные осадочные породы, и плотные (лигниты). По содержанию влаги в пласте их делят на группы Б1 (более 40%), Б2 (от 20 до 30%) и Б3 (менее 20%). Бурые угли Днепровского бассейна Украины – типично землистые, группы Б1, содержание влаги в пласте 50–55%.

Бурые угли Днепровского бассейна Украины
Бурые угли Днепровского бассейна Украины
Условия труда на Донбассе

Каменные угли отличаются от бурых серо-черным или черным цветом, блеском, более высокой прочностью, меньшей влагоемкостью (содержание влаги в пласте 8–16%).

Антрациты – черного цвета, влажность в пласте менее 8%, обладают сильным блеском, хрупкостью, характерной кристаллической структурой на изломе.

Антрациты
Антрациты

Структурой твердых пород, к которым относится и уголь, занимается петрография (от греческих «петрос» – камень и «графо» – описываю). В соответствии с петрографией неорганические породы состоят из минералов, а уголь – из мацералов (компонентов, отчетливо различимых микроскопически).

петрография
петрография

Мацералы - это микроскопически различимые органические составляющие угля, аналогичные минералам неорганических пород, но отличающиеся от них тем, что не имеют характерной кристаллической формы и постоянного химического состава.

Разнообразие мацералов связано с тем, что уголь даже в пределах одного пласта образуется из смеси растительных фрагментов с различными физико-химическими свойствами.

Мацералы
Мацералы

Петрографический состав отдельного угля представляет собой информацию о степени метаморфизма, его мацеральном и микролитотипном составах и распределении минералов в нем. Органическое вещество каменных углей, наблюдаемое под микроскопом в отраженном свете с масляной иммерсией, состоит из мацералов, различающихся между собой по цвету, показателю отражения, микрорельефу, морфологии, структуре и степени ее сохранности, а также по размерам, анизотропии и твердости. При количественном петрографическом анализе мацералы углей объединяют в группы с близкими химико-технологическими свойствами.

Различают следующие группы мацералов: витринит, липтинит (экзинит) и инертинит, а также семивитринит, который выделяют в отдельную группу при содержании его в угле более 3%.

Группы мацералов органической части угля
Группы мацералов органической части угля

Инертинит представляет собой наиболее химически инертную составляющую угля, липтинит и витринит – наиболее реакционноспособные его компоненты, причем их реакционная способность снижается с увеличением степени метаморфизма.

витринит
витринит

 

Группа витринита – одна из главнейших составляющих органической массы углей. Мацералы этой группы имеют ровную поверхность и серый цвет различных оттенков, закономерно изменяющийся в зависимости от увеличения стадии метаморфизма в сторону светлых тонов. Рельеф менее выражен, чем у других групп. По цвету и рельефу эту группу принимают за эталон, с которым сравнивают другие мацералы. Мацералы этой группы обычно наименее зольные и обладают повышенной хрупкостью (микротвердость 200– 350 МПа). Витринит, произошедший главным образом из лигнина и углеводов, отличается более высокой (0,60–0,85) степенью ароматичности, которая возрастает с увеличением степени углефикации, и плотностью 1300–1400 кг/м3.

Углеобогатительная фабрика
Углеобогатительная фабрика
Кедровская углеобогатительная фабрика

Группа витринита включает три мацерала (телинит, коллинит и витродетринит) и входит в состав каменных углей и антрацитов всего метаморфического ряда.

Группа семивитринита по физическим и химико-технологическим свойствам занимает промежуточное положение между группой витринита и инертинита, но ближе к витриниту. Мацералы этой группы не имеют рельефа, они серого или беловато-серого цвета, но всегда светлее, чем мацералы группы витринита. Группа включает два мацерала – семиколлинит и семителинит – и входит в состав каменных углей низкой и средней стадии метаморфизма.

мацералы углей
мацералы углей

Группа инертинита характеризуется высоким показателем отражения и резко выраженным микрорельефом. Цвет изменяется от белого до желтого. Мацералы этой группы не спекаются на всех стадиях метаморфизма. Инертинит, произошедший из деградированных древесных волокон, имеет самую высокую степень ароматичности (0,75–0,92), которая слабо изменяется с изменением степени углефикации, и плотность 1400–1500 кг/м3. Группа включает шесть мацералов – семифюзинит, фюзинит, макринит, микринит, склеротинит, инертодетринит.

фюзинит
фюзинит

Группа липтинита (экзинита). Мацералы этой группы различаются между собой по морфологическим признакам, обусловленным их происхождением. Форма и размер их также определяются исходным растительным материалом. Цвет липтинита изменяется от темно-коричневого и черного до серого в зависимости от степени углефикации. Липтинит, произошедший главным образом из липидов, отличается низкой (0,40–0,60) степенью ароматичности и плотностью 1200–1300 кг/м3. Группа включает шесть мацералов: споринит, кутинит, резинит, суберинит, альгинит и липтодетринит. Мацералы этой группы наиболее эффективно определяются с помощью флюоресцентной микроскопии. При этом каждый мацерал флюоресцирует характерным цветом: ярко-зеленым, зеленым, зелено-синим, желтым, оранжевым, оранжево-коричневым и красным.

липтинит, структура
липтинит, структура

Основные характеристики мацералов угля показатель отражения и структура. Различия свойств мацералов связаны не только с исходным материалом растительных остатков, но и с условиями химического преобразования органического вещества на торфяной стадии.

В процессе петрографического анализа наряду с мацералами могут быть определены минеральные включения.

торф
торф

Минеральные включения в углях и антрацитах представлены глинистыми минералами, сульфидами железа, карбонатами, оксидами кремния и прочими минералами. Под термином минеральное вещество в данном случае принято понимать неорганическое вещество, присутствующее в углях при их добыче и образовавшееся при генезисе в ходе последующей геологической истории.

Глинистые минералы характеризуются темно-серым цветом с коричневым оттенком, имеют тонкозернистое или чешуйчатое строение. Они на 50% и более сложены из частиц размером от 2 до 100 мкм.

генезис твёрдых горючих ископаемых
генезис твёрдых горючих ископаемых

Сульфиды железа в углях обычно представлены пиритом, марказитом, мельниковитом и характеризуются высоким микрорельефом и ярко-желтым цветом. Встречаются в виде отдельных зерен, розеток, часто заполняют клеточные полости растительных тканей.

Сульфид железа
Сульфид железа

Карбонаты в углях обычно представлены кальцитом, сидеритом, доломитом, анкеритом и другими минералами. Цвет этих минералов серый, немного темнее, чем витринита. В углях карбонаты встречаются в трещинах или образуют отдельные прослойки.

Оксиды кремния представлены в углях кварцем, халцедоном, опалом и другими минералами. Цвет темно-серый, микрорельеф высокий.

Оксид кремния
Оксид кремния

    Минеральные компоненты углей

камерная печь
камерная печь
Камерная печь

К основным элементам, составляющим минеральную часть углей, относят кремний (Si), алюминий (Аl), кальций (Са), магний (Mg), титан (Ti), калий (К) и натрий (Na), входящие в различном соотношении в минералы, присутствующие в угле и сопутствующих ему породах. В углях большинства месторождений содержатся в основном следующие классы минералов: силикаты, оксиды, карбонаты, сульфиды. Реже встречаются сульфаты, галогениды и др.

алюминий
алюминий
Алюминий

Во всех углях находится определенное количество минеральных веществ, которые тесно связаны с органической массой и не могут быть отделены механическим способом от органического вещества. Доля таких компонентов составляет 1,5–7%. При этом в отличие от минеральных компонентов, присутствующих в засоряющих уголь боковых породах и прослойках пластов и представленных в основном минералами, содержащими кремний и алюминий, в минералах, тесно связанных с органическим веществом, наблюдается повышенное количество железа и особенно микроэлементов.

Кремний - кристаллическое вещество темно - серого цвета
Кремний - кристаллическое вещество темно - серого цвета
Кремний. Свойства и применение

Минеральные компоненты, содержащиеся в углях, имеют различное происхождение и могут быть разделены на четыре основные группы:

- минералы, привнесенные в торфяник с близлежащей суши в виде обломков, листочков, ила. К ним относят кварц, слюду, полевые шпаты, пироксены, амфиболы, глинистые минералы, каолинит, гидрослюды, хлориты и смешанно-слойные силикаты. Для большинства углей наиболее характерны глинистые минералы и кварц;

розовый кварц
розовый кварц

- минералы, выделившиеся из растворов, насыщающих торфяник, на ранних и поздних этапах преобразования осадка в твердую породу. Наиболее характерными минералами этой группы являются сернистые соединения железа (пирит, марказит), карбонаты кальция, магния и железа (кальцит, доломит, анкерит, сидерит);

доломит
доломит

- минералы, попавшие в уже сформировавшиеся угольные пласты из растворов вмещающих пород. К ним относят гипс, мелантерит (водный сульфат железа), эпсолит (водный сульфат магния), галит (поваренная соль), вторичные сульфиды железа, меди, цинка, кварц;

цинк
цинк
Цинк

- минералы в виде обломков вмещающих пород, попавшие в уголь при добыче. Это различные глинистые минералы (каолинит, гидрослюды, смешанно-слойные силикаты, монтмориллонит, хлориты), кварц, слюды, полевые шпаты. При карбонатной кровле возможно попадание в уголь кальцита и доломита.

кальциты
кальциты

Происхождение минералов определяет морфологические особенности их залегания в угольном пласте. Так, минералы группы I встречаются обычно в виде прослоев, линзочек или равномерно распределяются в органическом веществе, образуя высокозольный уголь. Трудность обогащения углей, содержащих минеральные вещества в таком виде, различна. В каждом конкретном случае она зависит от частоты и мощности породных прослоев и дисперсности включений минерального вещества в угле.

сухое и магнитное обогащение угля
сухое и магнитное обогащение угля
Добыча и обогащение угля

Минералы группы II распределяются в самом органическом веществе углей, часто в тонкодисперсном виде, например пирит, трудно извлекаемый при обогащении.

Минералы группы III приурочены к трещинкам в углях или образуют почки и стяжения. При определенном измельчении углей происходит раскрытие таких минералов, благодаря чему становится возможным их эффективное извлечение.

пирит
пирит

Минералы группы IV не связаны с угольным веществом. Обломки почвы и кровли, попадающие в угли, представляют собой агрегаты из нескольких минералов. Обогащение углей, засоренных минералами этого типа, обычно не представляет трудностей, однако в случае повышенной размокаемости глинистых пород содержание илистых шламов, усложняющих регенерацию оборотной воды, достаточно велико.

Обломки почвы
Обломки почвы

Микроэлементы подразделяют на собственно микроэлементы с содержанием 0,1–0,001% (В, F, P, Cl, Ti, V, Cr, Mn, Ni, Си, Zn, As, Ba, Pb); редкие – 0,001–0,00001% (Li, Be, Се, Со, Go, Ge, Se, Sr, Br, Pb, Nb, Mo, Cd, Sn, Sb, I, Cs, La, W, Bu, V) и ультраредкие с содержанием менее 0,00001% (Ag, In, Re, Au, Pt, Ir, Hg).

Микроэлементы
Микроэлементы

К микроэлементам относят некоторые редкие и радиоактивные элементы, цветные, благородные и черные металлы. Содержание большинства этих компонентов в углях обычно близко к кларковым значениям, т.е. соответствует средней распространенности химических элементов в земной коре, и лишь в отдельных случаях они образуют высокие (рудные) концентрации.

Микроэлементы изучаются для установления возможности их попутного извлечения и использования, а также оценки их значения как токсичных, технологически вредных или полезных компонентов.

радиоактивные элементы
радиоактивные элементы

Промышленное значение в углях в настоящее время имеют германий и уран. Подсчитываются запасы галлия, свинца, цинка, молибдена, селена. Потенциально ценными элементами являются серебро, золото, платиноиды, ванадий, хром, никель, бор, вольфрам, ртуть.

вольфрам
вольфрам
никель
никель
Кольцо из вольфрама

Токсичными (с позиций возникновения при сжигании твердого топлива опасных концентраций этих микроэлементов в атмосфере, водах и почвах) считаются сера, ртуть, мышьяк, бериллий, фтор. Свинец, ванадий, никель, хром и марганец относятся к потенциально токсичным.

Технологически вредными элементами в энергетических и коксующихся углях являются сера, фосфор, мышьяк и хлор.

Мышьяк - химический элемент, в различное время считающийся целебным
Мышьяк - химический элемент, в различное время считающийся целебным
хлор
хлор

Микроэлементы в зависимости от их геохимических особенностей, типов углей и стадии их метаморфизма могут входить в состав органической части угля или его минеральных компонентов. С органической частью угля всегда связаны высокие концентрации германия, бериллия, вольфрама, с минеральной частью – свинца, цинка, рубидия, цезия. Преимущественно с минеральной частью связаны высокие концентрации ртути, серебра, мышьяка, сурьмы, скандия, лантана.

сурьма
сурьма

Каменные угли и антрациты  добываются в последние десятилетия в основном из тонких (до 1 м) пластов. В таких углях сравнительно выше доля углеминеральных и минералоугольных сростков, образующихся из-за взаимной диффузии на границе раздела пластов и вмещающих пород, что ухудшает их обогатимость.

Превращение угольного вещества в процессах химической и технологической переработки.

германий
германий

Угольное вещество не содержит газообразных и жидких компонентов. Их выход при пиролизе свидетельствует о глубоких превращениях угольного вещества в процессе термической деструкции. Эти превращения затрагивают и твердый остаток пиролиза. Характерную иллюстрацию изменения молекулярной структуры твердого остатка пиролиза по сравнению с исходным угольным веществом представляет плоскостная модель П.Соломона.

Установка пиролиза Шах
Установка пиролиза Шах

Модели молекулярной структуры угля позволяют объяснять, а в ряде случаев и предсказывать закономерности поведения угольного вещества при его химической и термической переработке. В настоящее время предложен целый ряд таких моделей – Мацумдара, Шинна, Спиро, Маржец, Ковача-Ларсена, Хереди-Вендера, Соломона, Платонова, Дэвидсона и др. При рассмотрении любых моделей молекулярной структуры угля и ее превращений необходимо учитывать их упрощенность. Реальная молекулярная структура угля значительно более сложна в связи с ее трехмерностью и неравномерностью мацерального состава.

термическая переработка угля
термическая переработка угля

  Физические свойства углей

Свойства углей как объекта обогащения и использования в значительной мере связаны с их физическими свойствами. Физические свойства углей и минеральных примесей существенно влияют на формирование основных параметров, характеризующих гранулометрический и фракционный составы, изменение последних в процессах добычи, транспортировки и обогащения.

процесс добычи угля
процесс добычи угля
Адсорбционные свойства угля

С механической прочностью, хрупкостью, дробимостью угля и сопутствующих пород связаны гранулометрический состав, шламообразование и абразивное воздействие на рабочие поверхности. Плотность угольного вещества и минеральных примесей, зависящая от петрографического и литологического составов и стадии метаморфизма, насыщение минеральными включениями, их дисперсность и характер срощенности с угольным веществом обуславливают выход и качество легких фракций и характер их распределения. Эти параметры являются определяющими при выборе схем и методов обогащения и направлений рационального использования продуктов обогащения.

процесс добычи угля открытым способом
процесс добычи угля открытым способом
Угольный разрез

    Плотность углей

Плотность органической массы, сопутствующих пород, рядовых углей, продуктов их обогащения и рассортировки в зависимости от рассматриваемого состояния объекта может быть оценена различными показателями.

Рядовые угли и продукты их обогащения состоят из мацералов и минеральных включений в различных соотношениях как в насыпной массе, так и в отдельных кусках и зернах. В связи с различной плотностью органического и минерального компонентов, входящих в уголь, плотность исследуемого угля характеризует содержание в нем органической массы и минеральных включений.

погрузка угля в камаз
погрузка угля в камаз
добыча угля открытым способом

Содержание минеральных включений в угле и продуктах его обогащения и рассортировки принято оценивать косвенным показателем – зольностью. Зола, образующаяся при сжигании углей, состоит в основном из оксидов золообразующих элементов (кремния, алюминия, железа, кальция и др.), содержащихся в минералах примесей (кальцит, пирит, марказит, сидерит, анкерит, кварц, халцедон и др.), и ряда других элементов, химически связанных с органической массой углей (гумматы металлов).

марказит
марказит

Кажущаяся плотность представляет собой отношение массы натурального (с учетом пор и трещин) тела к его объему. Кажущаяся плотность всегда меньше действительной и для каменных углей составляет 1100–1350 кг/м3, антрацита – 1550–1800 кг/м3.

Действительная плотность представляет собой количественное выражение массы единицы объема углей без пор и трещин. Действительная плотность, пересчитанная на сухое беззольное вещество, называется плотностью органической массы углей.Плотность органической массы углей и других компонентов зависит от стадии метаморфизма, петрографического и минерального составов.

сидерит
сидерит

Насыпная плотность углей – отношение их массы к объему, характеризующему состояние насыпки в вагоне, бункере, штабеле или других емкостях. Насыпная плотность изменяется в зависимости от плотности, гранулометрического состава и влажности углей, а также от способов заполнения емкостей и приемов уплотнения. При свободной засыпке в случае формирования штабеля без уплотнения насыпная плотность зависит главным образом от угла естественного откоса, который обусловлен коэффициентом трения между зернами.

уголь в вагоне
уголь в вагоне
загрузка угля

Угол естественного откоса для рядовых углей и антрацитов (среднего гранулометрического состава и влажности) составляет (в градусах): антрацит – 27–30, угли средней стадии метаморфизма – 35–40, мелкие угли – 45–50, шлам – 70–75.

    Пористость углей

В процессе метаморфизма угольное вещество претерпевает изменения под воздействием внешних сил и структурных трансформаций органической массы. В результате этих процессов возникает и преобразуется пористая структура угольного вещества, изменяются размер и общий объем пор.

уголь в брикетах
уголь в брикетах

На ранних стадиях углеобразования в органической массе содержится много полярных групп и угольное вещество имеет разветвленную систему крупных пор, с чем связана его высокая способность к адсорбированию влаги. С ростом метаморфизма содержание полярных групп снижается, при этом уменьшается число крупных пор, образуется новая система микропор, которые играют основную роль при взаимодействии углей с газами и жидкостями.

уголь с высокой степенью адсорбции
уголь с высокой степенью адсорбции

Поры в углях можно разделить на макропоры со средним диаметром 5·10 - 7 м (500 A) и микропоры с диаметром (5–15)·10 - 9 м (5–15 A). Площадь внутренней поверхности макропор составляет примерно 1 м2 /г, а микропор примерно 200 м2 /г.

Механическая прочность углей и засоряющих пород оценивается дробимостью, твердостью, хрупкостью, временным сопротивлением сжатию и термической устойчивостью, отражающей сопротивление внешним усилиям при высоких температурах.

сжигание угля
сжигание угля

    Дробимость углей

Дробимость (измельчаемость) углей показывает их способность сопротивляться разрушению под воздействием внешних усилий, передаваемых углю непосредственно дробящими устройствами (молотками, зубьями, шарами, плоскими поверхностями и т.п.). Количественно дробимость (измельчаемость) выражается удельной работой, затрачиваемой на образование новой поверхности, или отношением размеров кусков углей до и после дробления. В мировой практике этот показатель принято определять методом Хардгрова.

мелкий уголь в мешке
мелкий уголь в мешке

Дробимость углей существенно изменяется в зависимости от стадии метаморфизма. Она увеличивается по мере перехода от высокой и низкой стадий метаморфизма к средней, достигая максимума в области, характеризующейся выходом летучих веществ 14–28%.

бульдозер едет по углю
бульдозер едет по углю
Бульдозер TD-40 на разработке залежей угля

    Хрупкость углей

Свойство разрушаться при механическом воздействии на них без применения специальных устройств для дробления и наложения внешних усилий. Наиболее полно это свойство проявляется во время транспортировки при соударении кусков, перепадах в желобах и перемещении по ним. Разрушение кусков углей в значительной мере определяется не только хрупкостью угольного вещества, но и наличием трещин. В качестве метода обобщенной характеристики сопротивления углей дроблению может служить ситовый анализ.

угольная дробилка
угольная дробилка

    Твердость углей

Твердость углей оценивается способностью противодействовать проникновению в них другого, более твердого тела. Твердость угля обычно определяют с помощью устройств Роквелла, Бринелля или Викерса (алмазная пирамидка), которыми измеряют его сопротивление раздавливанию при статических нагрузках. Твердость также может быть найдена методом Шора (склероскопический анализ), при котором потеря кинетической энергии падающего металлического предмета, поглощенной при столкновении с испытуемым образцом, определяется по высоте отскока.

Ископаемый каменный уголь
Ископаемый каменный уголь

Твердость каменных углей по шкале Мооса составляет 2–5.

Упругие свойства углей характеризуются временным модулем упругости (модуль Юнга), который можно определить статическим методом (сопротивлением сжатию или изгибу), а также динамическим – наложением механических вибраций.

шкала Мооса
шкала Мооса

Коэффициент трения характеризует взаимодействие углей с рабочими поверхностями в случаях транспортировки и обработки. Это одна из важных характеристик при выборе угла наклона и футеровочного материала для желобов и транспортных трактов, по которым перемещают рядовые угли и продукты их обогащения. Для определения крепости (прочности) углей и засоряющих пород применяют метод толчения, разработанный М.М. Протодьяконовым.

М.М.Протодьяконов- третий слева
М.М.Протодьяконов- третий слева

    Абразивностъ углей

Абразивностъ. Прочностные свойства угля и засоряющих пород связаны с абразивностью этих материалов, которая оказывает решающее влияние на срок службы поверхностей, соприкасающихся с транспортируемым и обрабатываемым материалом.

Исследования абразивности различных компонентов рядового угля и продуктов обогащения показали, что главная роль в их абразивном воздействии принадлежит породным примесям, абразивность которых на один и даже на два порядка выше, чем у угольных фракций. При обогащении антрацитов, абразивность которых соизмерима с абразивностью засоряющих пород, износ оборудования более чем в 2 раза интенсивнее.

машина для обогащения угля
машина для обогащения угля

    Оптические свойства углей

Оптические свойства (цвет, блеск, прозрачность, преломляемость света, отражательная способность) тесно связаны с молекулярной структурой органического вещества углей и закономерно изменяются в зависимости от изменения этой структуры под влиянием факторов метаморфизма.

Отражательная способность R – одна из наиболее важных оптических характеристик, применяемых для диагностики и оценки компонентов угля. Она измеряется отношением отраженного света Lо к падающему Lп, выраженным в процентах: R равно 100Lо делить на Lп .

метаморфизм
метаморфизм

Отражательная способность витринита принята в качестве параметра определения стадии метаморфизма в классификации углей, установления границ между бурыми и каменными углями, каменными углями и антрацитами.

бурый и каменный уголь
бурый и каменный уголь

 

    Электрические свойства углей

Электрические свойства углей определяются их электрической проводимостью. Ископаемые угли могут быть отнесены к полупроводникам. Удельное электрическое сопротивление, измеренное для порошка, при комнатной температуре и атмосферном давлении составляет для каменных углей средней стадии метаморфизма 1010– 2·1010Ом·см, для антрацитов – 5·105– 2·106Ом·см. Термическая обработка углей и антрацитов приводит к значительному снижению электрического сопротивления, достигающего минимального значения при их выдержке в интервалах температур 1100–1300С.

Термическая обработка угля
Термическая обработка угля

Диэлектрические свойства углей характеризуются диэлектрической проницаемостью, которая различна для сухих и влажных углей и изменяется в зависимости от стадии метаморфизма. Повышение влажности углей приводит к увеличению диэлектрической проницаемости. На зависимости диэлектрической проницаемости от влажности угля основан диэлектрический метод измерения последней.

Уголь антрацит мокрого обогащения
Уголь антрацит мокрого обогащения

    Магнитные свойства углей

Магнитные свойства. По магнитным свойствам угли относят к диамагнитным веществам, для которых интенсивность намагничивания пропорциональна напряженности магнитного поля. Минеральные примеси угля характеризуются парамагнитными свойствами.

Удельная магнитная восприимчивость χ (см3 /г) диамагнитных веществ отрицательна и составляет для углей около 10-6 см3/г; для парамагнитных веществ, которыми представлены минеральные примеси, она положительна и изменяется в диапазоне 10 - 6 –10 - 3 см3 /г.

Вермикулит вспученный Ковдорский
Вермикулит вспученный Ковдорский

    Теплотехнические свойства углей

Удельная теплота сгорания характеризует одно из важнейших свойств угля, определяющих его ценность как источника получения тепловой энергии. Она изменяется в широких пределах и зависит как от свойств и состава органической массы, так и от зольности и влажности углей.

сгорание угля
сгорание угля
Горение угля в кислороде

При оценке теплоты сгорания пользуются показателями для топлива в рабочем состоянии Qirч  или для горючей массы Qidaf топлива . Показатель  Qidaf не только теплотехнический параметр, но и одна из характеристик стадии метаморфизма и состава органической массы углей. Теплоту сгорания твердого топлива определяют стандартным методом, заключающимся в полном сжигании навески топлива в кислороде под давлением в калориметрической бомбе (при постоянном объеме) в изотермическом режиме.

сжигание антрацита
сжигание антрацита
Уголь в шахтном котле

Теплота сгорания с достаточной степенью приближенности может быть найдена по элементному составу угля.

Высшая теплота сгорания
Высшая теплота сгорания

Техническим анализом называют комплекс методов определения влажности, зольности угля, выхода летучих и содержания общей серы.

Содержание общей влаги на рабочую массу угля Wtr  определяют по потере массы за заданное время в сушильном шкафу при температуре 105–110С или ускоренным методом – при 160С. Существуют также методы определения внешней, внутренней (капиллярной) и гигроскопической (равновесной) влаги, а также максимальной влагоемкости. Выход летучих веществ на сухую массу угля Vd определяют по потере массы в стандартных условиях прокаливания (в фарфоровом тигле с закрытой крышкой в течение 7 минут при 860С). Выход летучих в стандартных условиях, пересчитанный на сухую беззольную массу угля Vdaf, для углей гумусо-сапропелитового типа монотонно снижается с повышением степени углефикации (метаморфизма), отражает способность угля к переработке путем экстракции, термического растворения, гидрогенизации, полукоксования, к воспламенению, а также реакционную способность твердого остатка в процессах горения и газификации. Вместе с тем надо учитывать, что выход летучих в зависимости от условий процесса может существенно отличаться от стандартно определяемого.

сера
сера
Сера

Зольность на сухую массу угля определяют по массе остатка от сжигания навески угля в стандартных условиях муфельной печи при температуре 800–830С. Зольность косвенно отражает содержание минеральной составляющей угля без учета разложения карбонатов, испарения щелочных металлов и хлора (в засоленных углях) и ряда других факторов. В последнее время получили распространение бесконтактные методы определения зольности, основанные на различном взаимодействии органической и минеральной части угля с источниками ионизирующих излучений.

горение угля
горение угля

Знание зольности угля чрезвычайно важно, поскольку она ограничивает его использование для сжигания и газификации.

Содержание общей серы на сухую массу угля определяют методом Эшка, основанным на поглощении серы смесью магнезии и безводной соды при сжигании навески угля в муфельной печи. Содержание серы обуславливает выбросы ее соединений в процессах переработки угля. Для оценки степени обессеривания угля при его обогащении необходимо знание содержания пиритной, сульфатной и органической серы,которое определяют соответствующими анализами.

зола от угля
зола от угля

При нагревании в инертной среде органическая часть угля теряет слабо связанные присоединенные, алифатические и наименьшие ароматические фрагменты, а твердый остаток по степени ароматичности и физическим свойствам приближается к графиту, который имеет температуру плавления более 3000С. Минеральная же часть угля теряет значительно меньшую долю массы (главным образом за счет разложения карбонатов до газообразного СО2 и оксидов металлов) и начинает плавиться при существенно более низких температурах. Из-за сложного состава минеральной части она характеризуется не температурой плавления, а плавкостью – совокупностью температур начала деформации (tA), плавления полусферы (tB) и жидко-плавкого состояния (tC), которые расположены в ряду tA меньше tB меньше tС. Температуры плавкости золы лежат в пределах 950–1450С. С ростом доли кремния они увеличиваются, щелочных и щелочноземельных металлов – уменьшаются.

Продукты переработки каменного угля
Продукты переработки каменного угля

Термические коэффициенты угля. К основным термическим показателям, характеризующим тепловые свойства углей, относятся теплопроводность λ Вт/(мС), температуропроводность a (м2/с) и теплоемкость C Дж/(кгС). Эти коэффициенты связаны между собой уравнением λ равно aCpH, где pH - насыпная плотность материала, кг/м3 .

угольный тоннель
угольный тоннель

Теплопроводность углей зависит от теплопроводности органической массы, пористости, зольности и влажности угля. С ростом зольности (содержания минеральных примесей и включений) и влажности теплопроводность и температуропроводность углей увеличиваются.

бурение пласта угля
бурение пласта угля

Теплоемкость углей линейно уменьшается с ростом степени метаморфизма и увеличивается с повышением влажности угля. С увеличением зольности теплоемкость углей снижается.

Средняя удельная теплоемкость при 20С для минеральных примесей не превышает 0,8 кДж/(кгС), а для углей – 1,04–5,43 кДж/(кгС).

По тепловым свойствам угли приближаются к теплоизоляторам.

вагонетки с углём
вагонетки с углём

Классификация углей

Первая международная классификация углей была принята Комитетом по углю Европейской экономической комиссии ООН в 1956 г. В ней все угли группировались по степени метаморфизма и их техническому применению. Согласно этой классификации угли с высшей теплотой сгорания влажной беззольной массы до 23826 кДж/кг относят к бурым, более 23826 кДж/кг – к каменным.

Классификация каменных углей по УКТ ВЭД
Классификация каменных углей по УКТ ВЭД

Первая международная классификация углей была принята Комитетом по углю Европейской экономической комиссии ООН в 1956 г. В ней все угли группировались по степени метаморфизма и их техническому применению. Согласно этой классификации угли с высшей теплотой сгорания влажной беззольной массы до 23826 кДж/кг относят к бурым, более 23826 кДж/кг – к каменным.

Международная классификация бурых углей по классам и группам
Международная классификация бурых углей по классам и группам
Международная классификация каменных углей по типам и статистическим группам
Международная классификация каменных углей по типам и статистическим группам
Организация Объединенных Наций, флаг
Организация Объединенных Наций, флаг

Международная классификация разделяла бурые угли на шесть классов по массовой доле обшей влаги свежедобытого угля в пересчете на беззольное состояние и на пять групп по выходу смолы полукоксования угля в пересчете на сухое беззольное состояние. Классы обозначены порядковыми номерами от 10 до 15 по возрастанию массовой доли общей влаги, группы – условными номерами 00, 10, 20, 30 и 40 по возрастанию выхода смолы полукоксования. Каждый уголь характеризуется четырехзначным кодовым номером.

продукты коксования угля
продукты коксования угля

Каменные угли классифицировались по выходу летучих веществ на сухую беззольную массу Vdaf, теплоте сгорания Qsdaf  для углей с выходом летучих веществ более 33%, спекаемости и коксуемости.

Каждый уголь характеризуется трехзначным числом (кодовым номером). Первая цифра кода означает класс угля, определяемый по выходу летучих веществ или теплоте сгорания. Всего 10 классов – от 0 до 9, из них шесть (от 0 до 5) определяют по выходу летучих веществ и четыре (от 5 до 9) – по теплоте сгорания. Вторая цифра кодового номера устанавливает группу угля по спекающейся способности. Все угли по спекаемости разбиты на четыре группы (от 0 до 3). В качестве показателя спекаемости приняты индекс Рога или индекс свободного вспучивания. Третья цифра кодового номера означает подгруппу, определяемую по коксующей способности.

Схемы подготовки углей к коксованию
Схемы подготовки углей к коксованию

Четыре группы, на которые разделены угли по спекаемости, в свою очередь делятся па шесть подгрупп по коксуемости, обозначаемых номерами от 0 до 5. Коксуемость определяется дилатометрическими показателями или типом кокса по Грей-Кингу.

В соответствии с международной классификацией установлен 61 тип углей, объединенных в 11 статистических групп или торговых марок: I, II, III, IV, VA, VB, VC, VД, VIA, VIB и VII.

Кокс каменноугольный
Кокс каменноугольный
Немецкий коксохим

Для определения кода и типа угля по международной классификации пробы углей, подвергаемые анализу, должны иметь зольность не более 10%. Если зольность превышает 10%, пробы должны быть предварительно обогащены.

угольная зола на лопате
угольная зола на лопате

  Генно-технологические параметры угля

Эта классификация разработана учеными бывшего СССР и введена в действие в качестве межгосударственного стандарта (ГОСТ 25543 «Угли бурые, каменные, антрациты. Классификация по генетическим и технологическим параметрам»). В ней на основе наиболее характерных общих признаков, отражающих генетические особенности и основные технологические параметры ископаемых углей, определен порядок их подразделения на три вида – бурые, каменные и антрациты. Это подразделение проводится в зависимости от среднего показателя отражения витринита Ro (%), высшей теплоты сгорания  Qsdaf (МДж/кг) и выхода летучих веществ Vdaf (%).

мешки с каменным углём
мешки с каменным углём

Генетическая классификация углей базируется на данных петрографического анализа и является основой построения промышленных классификаций, определяющих пригодность углей для различных способов технологической и энергетической переработки.

Наиболее совершенная генетическая классификация, являющаяся основой большинства современных, предложена российским петрологом Ю.А. Жемчужниковым.

Образование торфа. Торф - предшественник генетического ряда углей
Образование торфа. Торф - предшественник генетического ряда углей

Основные классифицируемые параметры следующие:

- показатель отражения витринита Ro – для установления вида угля и класса;

каменный уголь в вагонах
каменный уголь в вагонах

- содержание фюзенизированных компонентов на чистый уголь сумма OK – для установления категории угля;

чистый каменный уголь
чистый каменный уголь

- максимальная влагоемкость на беззольное состояние Waf – для установления типа бурых углей;

Бурый уголь марки Б3 Казахских месторождений
Бурый уголь марки Б3 Казахских месторождений

- выход летучих веществ на сухое беззольное состояние Vdaf – для установления типа каменных углей; 

работы с  каменным углём
работы с каменным углём

- объемный выход летучих веществ на сухое беззольное состояние Vобdaf – для установления типа антрацита; 

Антрацит черный
Антрацит черный

- выход смолы полукоксования на сухое беззольное состояние Tskdaf – для установления подтипа бурых углей;

График выхода смолы и ее компонентов при различной температуре
График выхода смолы и ее компонентов при различной температуре

- толщина пластического слоя Y и индекс Рога RI – для установления подтипа каменных углей;

пласт каменноугольный
пласт каменноугольный

- анизотропия отражения витринита AR – для установления подтипа антрацита.

завод по переработке каменного угля
завод по переработке каменного угля

Бурые, каменные угли и антрациты в зависимости от технологических свойств объединяют в технологические марки, группы и подгруппы и обозначают семизначным кодовым числом, в котором первые две цифры обозначают класс и характеризуют средний показатель отражения витринита для данного класса, умноженный на 10. Третья цифра обозначает категорию и характеризует среднее значение суммы фюзенизированных компонентов, деленное на 10. Четвертая и пятая цифры обозначают тип и характеризуют для каменных углей средний выход летучих веществ, для антрацитов – объемный выход. Шестая и седьмая цифры обозначают подтип и характеризуют для каменных углей абсолютное значение толщины пластического слоя, для антрацитов – среднее значение анизотропии отражения витринита.

схема разработки угольного месторождения
схема разработки угольного месторождения

По полученным значениям класса, категории, типа и подтипа углей устанавливают их марочную принадлежность. В соответствии с ГОСТ 25543 марку, группу и подгруппу устанавливают для каждого угольного пласта по результатам исследования пластовых проб.

гора из каменного угля
гора из каменного угля

Параметры маркирования угля, принятые в классификации, подчиняются закону аддитивности. Поэтому стандартом предусмотрено при производственных условиях, вызывающих необходимость использования смеси углей различных марок в процессе добычи и выдачи, марку, группу, подгруппу и код смеси устанавливать путем расчета средних значений классификационных параметров на основе планового участия шахтопластов.

Параметры для различных видов угля
Параметры для различных видов угля

В случае смешения углей различных марок при обогащении и рассортировке для коксования, осуществляемом только по согласованию с потребителем, марочная принадлежность концентрата определяется по плановому участию марок в смеси. Марочная принадлежность продуктов обогащения, предназначенных для энергетических целей, может устанавливаться и по средним взвешенным показателям рядовых углей, планируемых к переработке.

переработка каменного угля
переработка каменного угля

    Каменный уголь

Каменный уголь, твёрдое горючее полезное ископаемое растительного происхождения. Разновидность углей ископаемых с более высоким содержанием углерода и большей плотностью, чем у бурого угля. Представляет собой плотную породу чёрного, иногда серо-чёрного цвета с блестящей, полуматовой или матовой поверхностью. Содержит 75—97% и болееуглерода; 1,5—5,7% водорода; 1,5—15% кислорода; 0,5—4% серы; до 1,5% азота; 45—2% летучих веществ; количество влаги колеблется от 4 до 14%; золы — обычно от 2—4% до 45%. Высшая теплота сгорания, рассчитанная на влажную беззольную массу каменный уголь не менее 23,8 Мдж/кг (5700 ккал/кг).

матовый каменный уголь
матовый каменный уголь
Добыча каменного угля шахтным способом

 

    Бурый уголь

Суббитоминозный уголь, или бурый уголь (чёрный лигнит) - горючее полезное ископаемое, ископаемый уголь 2-й стадии метаморфизма (переходное звено между лигнитом и каменным углем), получается из лигнита или напрямую из торфа.

чёрный лигнит
чёрный лигнит
Дезинтегратор мокрого помола ГОРИЗОНТ-3000 МК-ВА (бурый уголь)

Классификация ископаемых углей довольно запутана, так в Евросоюзе и Англии пользуются термином лигнит (которой считается синонимом бурого угля), а в Америке лигнит и бурый уголь выделяются отдельно, причем очень четко. В России понятие лигнит чаще всего является синонимом бурого угля (последний термин более распространен) либо понятием недействующим, реже понятие бурый уголь охватывает лигнит высокой степени углефикации (ВСУ) и не захватывает суббитуминозный уголь ВСУ, последний относят к каменному.

флаг евросоюза
флаг евросоюза

Содержит 50-77 % углерода, 20-30 % (иногда до 40 %) влаги и большое кол-во летучих веществ (до 50 %). Имеет черно-бурый или черный цвет, реже бурый (черта на фарфоровой плитке всегда бурая). Образуются из отмерших органическихостатков под давлением нагрузки и под действием повышенной температуры на глубинах порядка 1 километра. Используется как топливо в мелких и частных котельных, а также как химическое сырьё. Имеют низкую теплоту сгорания, около 26 МДж/кг.

фарфоровая плитка в бассейне
фарфоровая плитка в бассейне

На воздухе бурый уголь быстро теряет влагу, растрескивается и превращается в порошок.

Дробилка бурого угля
Дробилка бурого угля

    Антрацит

Лучший сорт каменного угля, отличающийся черным цветом, сильным блеском, большой теплотворной способностью.

Высшая разновидность угля - твердого горючего полезного ископаемого, образованного из растительных остатков растений в результате гумификации и углефикации.

блестящий антрацит
блестящий антрацит

Уголь чёрно-серого цвета с металлическим блеском, твёрдый, высокой плотности и высокой электропроводности.

Антрацит может рассматриваться как переходная стадия между каменным углем и графитом. Чаще всего месторождения антрацита встречаются в районах, которые подвергались значительным движениям земной коры, таким как отроги горных хребтов. В процессе углефикации захороненный в недрах Земли торф последовательно превращается (при соответствующих условиях) сначала в бурый, затем в каменный уголь и антрацит.

графитовый стержень
графитовый стержень
Уголь антацит брикетированный. Топливные угольные брикеты антрацит

  Международная кодификация углей

Международной системой кодификации углей среднего и высокого рангов установлена кодовая система показателей, характеризующих каменные угли и антрациты как объект использования для энергетических и технологических целей. Международная система кодификации утверждена Европейской комиссией ООН в апреле 1988 г. и применяется в мировой торговле углем, предотвращая недоразумения между продавцом и покупателем в оценке характеристики качества и ценности каменных углей и антрацитов.

крошка антрацита
крошка антрацита

К углям среднего и высокого рангов, кодируемым по международной системе, относят каменные угли и антрациты, классифицируемые по генетическим и технологическим параметрам (ГОСТ 25543). Кодирование каменных углей и антрацитов проводят с помощью установленного ряда цифр, обозначающих параметры, характеризующие уголь, и применяют для оценки пластов, рядового и обогащенного угля.

Уголь Кузбасса. Антрацит
Уголь Кузбасса. Антрацит

Для кодификации углей по международной системе принята схема из восьми основных параметров, характеризующих уголь для различных видов использования: Ro – средний показатель отражения витринита, Rf – рефлектограмма отражения витринита,  I, L – мацеральный состав, I, S – индекс свободного вспучивания, Vdaf – выход летучих веществ, Ad – зольность угля, Sdt массовая доля общей серы, Qsdaf– высшая теплота сгорания.

камень витринит
камень витринит

Для характеристики углей используется 14-значный код, с помощью которого кодируют восемь указанных выше основных параметров. Кодирование производится следующим образом: Ro – две цифры, Rf – одна цифра, I, L – две цифры, Si – одна цифра, Vdaf – две цифры, Ad – две цифры, Sdt – две цифры,Qsdaf – две цифры.

силициум, Si
силициум, Si

Указанный порядок кодирования параметров всегда сохраняется, что позволяет оценивать качественные характеристики углей по кодовому номеру. Присвоение кодового номера и его расшифровка осуществляются следующим образом:

- первые две цифры кода обозначают средний показатель отражения витринита и соответствуют нижнему пределу 0,1%-ного диапазона значений параметра, умноженному на 10;

Ориентировка оси Np оптической индикатрисы витринита
Ориентировка оси Np оптической индикатрисы витринита

- третья цифра дает характеристику рефлектограммы, отражающую неоднородность вещественного состава угля;

Pасщепление угольных пластов
Pасщепление угольных пластов

- четвертая и пятая цифры обозначают мацеральный состав угольного вещества, а именно: четвертая цифра соответствует нижнему пределу 10%-ного диапазона значений содержания инертинита, деленному на 10, а пятая обозначает верхний предел 5%-ного диапазона значений содержания липтинита;

каменный и уголь и тягач
каменный и уголь и тягач

- шестая цифра обозначает индекс свободного вспучивания, соответствующий нижнему пределу диапазона его значений с интервалом 1/2;

активированный уголь
активированный уголь
активированный уголь

- седьмая и восьмая цифры соответствуют нижнему пределу 2%-ного диапазона значений выхода летучих веществ на сухое беззольное состояние при выходе летучих веществ не менее 10% и 1%-ного диапазона при выходе летучих веществ менее 10%;

Активированный поршковый уголь
Активированный поршковый уголь

- девятая и десятая цифры соответствуют нижнему пределу 1%-ного диапазона значений зольности на сухое состояние;

Каменно-угольные брикеты
Каменно-угольные брикеты

- одиннадцатая и двенадцатая цифры соответствуют нижнему пределу 0,1%-ного диапазона значений общего содержания серы на сухое состояние, умноженному на 10;

зола каменного угля
зола каменного угля

- тринадцатая и четырнадцатая цифры соответствуют нижнему пределу диапазона с интервалом 1 МДж/кг значений высшей теплоты сгорания на сухое беззольное состояние.

Марочная принадлежность углей Украины по ДСТУ 3472396
Марочная принадлежность углей Украины по ДСТУ 3472396

Все основные параметры, кроме выхода летучих веществ, определяются для топлива в его реальном состоянии (с соответствующей зольностью и влажностью), а выход летучих веществ – по пробе с зольностью менее 10%. При более высокой зольности испытуемая проба угля или антрацита должна подвергаться обогащению, а выход летучих веществ определяться для угля с Ad меньше или равно 10%.

разравнивание золы граблями
разравнивание золы граблями

Кроме указанных выше основных параметров, Международной системой кодификации углей среднего и высокого рангов предусмотрено определение дополнительных параметров: элементного состава, массовой доли хлора, химического состава золы углей или плавкости золы, содержания редких элементов, массовой доли фосфора, пластометрических показателей, индекса Рога, массовой доли серы по видам (пиритная, сульфатная), полной влажности (максимальной влагоемкости).

фосфор
фосфор

  Промышленная классификация углей

Потребительская ценность и стоимость углей, кроме показателей качества (зольности, массовой доли влаги, серы и др.), зависит от генетических и технологических свойств. С учетом особенностей работы предприятий разработан национальный стандарт для установления марочной принадлежности углей ДСТУ 3472-96 «Угли бурые, каменные, антрацит. Классификация».

уголь антрацит в руке
уголь антрацит в руке

    Классификация угля по маркам

В зависимости от значений среднего показателя отражения витринита Ro, выхода летучих веществ Vdaf , теплоты сгорания на сухое беззольное (Qsdaf) или влажное беззольное (Qsaf) состояние и спекаемости, выраженной толщиной пластического слоя Y и индексом Рога RI, угли делятся на восемь марок.

таблица марок угля
таблица марок угля

Значение выхода летучих веществ, толщину пластического слоя, индекс Рога, теплоту сгорания Qsdaf определяют в пробах каменных углей и антрацитов с зольностью не более 10%. Если зольность пробы превышает 10%, то ее обогащают в органической или неорганической жидкости.

брикеты антрацита
брикеты антрацита

Марку угля определяют для каждого пласта. Для установления марки угля смеси пластов шахты (шахтовыдачи) находят значения классификационных показателей для угля каждого входящего в смесь пласта. По результатам анализа проб углей пластов с учетом планового участия каждого пласта в добыче вычисляют средневзвешенные значения этих показателей и по таблице определяют марку угля по шахте (шахтовыдаче).

угольная шахта, пласты угля
угольная шахта, пласты угля

При обогащении и рассортировке углей одной марки марку продуктов, получаемых в результате этих процессов, устанавливают по рядовому углю, поступающему на переработку. При совместном обогащении и рассортировке углей разных марок, используемых для энергетических целей, марка продуктов определяется по средневзвешенным показателям с учетом плановой переработки рядовых углей. При обогащении и рассортировке смешение углей различных марок, используемых для коксования, допускается только по согласованию с потребителем. При этом долевое участие марок в смеси указывается по плановому их участию в исходном угле.

Машина сортировки угля
Машина сортировки угля

      Бурый уголь

Буквенное обозначение марки - Б

Выход летучих веществ Vг % - 41 и более

Содержание углерода Сг % - 76 и менее

Теплота сгорания Qг ккал/кг - 6900-7500

Отражательная способность масляной имперсии % - 0,30-0,49

кусок бурого угля
кусок бурого угля

      Длиннопламенный уголь

Буквенное обозначение марки - Д

Выход летучих веществ Vг % - 39 и более

Содержание углерода Сг % - 76

Теплота сгорания Qг ккал/кг - 7500-8000

Отражательная способность масляной имперсии % - 0,50-0,64

Длиннопламенный уголь
Длиннопламенный уголь

      Газовый уголь

Буквенное обозначение марки - Г

Выход летучих веществ Vг % - 36

Содержание углерода Сг % - 83

Теплота сгорания Qг ккал/кг - 7900-8600

Отражательная способность масляной имперсии % - 0,65-0,84

Газовый уголь
Газовый уголь

      Жирный уголь

Буквенное обозначение марки - Ж

Выход летучих веществ Vг % - 30

Содержание углерода Сг % - 86

Теплота сгорания Qг ккал/кг - 8300-8700

Отражательная способность масляной имперсии % - 0,85-1,14

Жирный уголь
Жирный уголь

      Коксовый уголь

Буквенное обозначение марки - К

Выход летучих веществ Vг % - 20

Содержание углерода Сг % - 88

Теплота сгорания Qг ккал/кг - 8400-8700

Отражательная способность масляной имперсии % - 1,15-1,74

Коксовый уголь
Коксовый уголь

      Отощённо-спекающийся уголь

Буквенное обозначение марки - ОС

Выход летучих веществ Vг % - 15

Содержание углерода Сг % - 89

Теплота сгорания Qг ккал/кг - 8450-8780

Отражательная способность масляной имперсии % - 1,75-2,04

Отощённо-спекающийся уголь
Отощённо-спекающийся уголь

      Тощий уголь

Буквенное обозначение марки - Т

Выход летучих веществ Vг % - 12

Содержание углерода Сг % - 90

Теплота сгорания Qг ккал/кг - 7300-8750

Отражательная способность масляной имперсии % - 2,05-2,49

Тощий уголь
Тощий уголь

      Антрацит

Буквенное обозначение марки - А

Выход летучих веществ Vг % - менее 8

Содержание углерода Сг % - 91 и более

Теплота сгорания Qг ккал/кг - 8100-8750

Отражательная способность масляной имперсии % - 2,50-6,00

уголь антрацит
уголь антрацит
Сортировка угля. Кемеровская область

    Классификация углей по размеру кусков

Для многих видов использования углей большое значение имеет их подготовленность по крупности. Такая подготовка осуществляется при рассортировке углей и продуктов обогащения, которая, как правило, проводится по заданной шкале классификации для получения сортов угля и антрацита, предусмотренных стандартами размеров. Классы крупности установлены для грохочения углей по минимальному и максимальному размерам кусков, для отсевов и рядовых – только по максимальному размеру. В соответствии с ГОСТ 19242-73 Угли бурые, каменные и антрацит. 

крупный и мелкий уголь на сортировочном комплексе
крупный и мелкий уголь на сортировочном комплексе

В Украине на угли, предлагаемые к поставкам на электростанции и другие предприятия, на основании исследований оформляются сертификаты качества и технологических свойств согласно с ГОСТ 30131 «Угли каменные и антрациты (угли среднего и высокого рангов). Кодификация».

схема угольной шахты
схема угольной шахты
Классификация бурых, каменных углей и антрацита по размеру кусков
Классификация бурых, каменных углей и антрацита по размеру кусков

      Плитный уголь

Размер кусков плитного угля 100-300 мм. Уголь ПК (плитный крупный) – марка  угля, которая является популярной и используемой достаточно широко. Свое применение уголь ПК (размер плита) находит как правило в котельных, где он может гореть без поддува. Уголь ПК является универсальным и его использование безопасно.

Еще одним преимуществом этих углей является их сравнительно невысокая стоимость, а, значит, хорошая эффективность. Дополнительная особенность этих углей - их легкая возгораемость. Благодаря ей им не нужен поддув, а это значит, что для использования этого угля подойдет любая печь.

вагон с плитным углём
вагон с плитным углём

      Крупный уголь (кулак)

Размер кусков крупного угля 50-100 мм.

Основная особенность антрацита кулака заключается в том, что в этой фракции содержится очень мало золы, остатка после сгорания антрацита. Высокая теплота сгорания присуща в целом углям марки А (антраицтам). Удобен в транспортировке , так как имеет фракционный состав более 40мм в диаметре. Уголь антрацит фракции кулак имеет достаточно широкий спектр применения. Как правило самая дорогая фракция по сравнению с другими фракциями, такими как ао, ако, ас, ам, аш.

Крупный уголь в вагонах
Крупный уголь в вагонах

Уголь антрацит кулак может быть применен: для заводов, для производственных предприятий, для котлов, для бюджетных предприятий, для котельных, для населения.

      Уголь орех

Фракция угля антрацит АКО 40-80 мм . Есть возможность делать фракцию необходимую заказчику. Показатель золы угля антрацит фракции АКО не превышает 10 %. Технический анализ влаги угля антрацит фракции АКО имеет показатель 5,6%. Сера угля АКО 1,8%. Летучие вещества угля антрацит фракции АКО 4,2%.

Уголь орех
Уголь орех

      Мелкий уголь

Размер фракции угля антрацит АМ «мелкий» после обогащения составляет 13-30 мм. Такая фракция позволяет удобно транспортировать уголь до места назначения. Отлично подходит для производственных котлов. Зола угля антрацит фракции АМ до 14 %, что является отличным показателем зольности для фракции мелкой фракции угля антрацит. Содержание влаги в угле АМ после технического анализа составляет 5,6%. Показатель содержания серы в угле антрацит мелкий не более 1,8%. Летучие вещества угля антрацит мелкий находятся на уровне 4,2%.

россыпь мелкого угля
россыпь мелкого угля

      Уголь семечко

По своим размерам напоминает обычную семечку, за что и получил свое название «семечка». Уголь антрацит семечка имеет фракционный состав 8-16 мм. Достаточно мелкий уголь. Высшая теплота сгорания порядка 6900 кДж. Отлично подходит на бытовые нужды для населения. Используется как альтернатива более дорогому углю антрациту фракции  ако. Получил большую популярность в коммунально-бытовом секторе из-за невысокой цены на уголь антрацит семечка.

Уголь семечко
Уголь семечко

Уголь антрацит фракции АС (антрацит семечка) применяется: для котлов, для бюджетных предприятий, для котельных, для бытовых нужд, для населения.

Уголь антрацит фракции антрацит семечка
Уголь антрацит фракции антрацит семечка

      Уголь штыб

Штыб следует сжигать в топках с возможно уменьшенной прямой отдачей; при жаротрубных котлах следует устраивать выносную топку или футеровать жаровую трубу. Давление под колосниками должно составлять от 20 до 90 мм вод. ст. в зависимости от характера шлака и его количества. Толщина слоя должна быть 40 - 60 мм ( не считая подслой); в топках жаротрубных котлов он может доходить до 100 мм, но при этом увеличивается унос. Напряжение колосниковой решетки нормально составляет 80 кг 1м; при увеличении напряжения унос возрастает в очень высокой степени, поэтому напряжение 100 - 125 кг/м является предельным.     

Уголь штыб
Уголь штыб

Штыб состоит из частиц размером 0 - 6 или 0 - 13 мм, отсеиваемых на шахтах при грохочении рядового антрацита, и потому не требует дробления на электростанциях. Влажность и зольность антрацитового штыба обычно относительно невелики ( WP7 %, Дс 18 %), хотя в ряде случаев влажность АШ бывает выше; выход летучих самый низкий из всех видов природного топлива в мире ( Уг 4 %), что усложняет задачу воспламенения штыба и полного сгорания содержащегося в ем углерода. Низкий выход летучих требует тонкого размола штьгба, который производится в шаровых барабанных мельницах и при большой твердости этого угля связан с значительным расходом электроэнергии. Температура плавления золы антрацитового штыба сравнительно яизка ( 1070 С, 1200 С, 11260 С), вследствие чего это топливо можно успешно сжигать в топках с жидким шлакоудалением. 

сортировка угля

Месторождения угля на земле и его геология

Под термином «угленосная толща» понимается весь комплекс осадочных пород, содержащих угольные пласты. Чаще всего угленосная толща слагается песчано-глинистыми породами: рыхлыми (пески), пластичными (глины), уплотненными (песчаники, сланцы), а также в той или иной степени метаморфизованными породами. Значительно реже и только в некоторых бассейнах в разрезе угленосной толщи встречаются известняки и конгломераты.

песчаник
песчаник

Изучение литологических разрезов угленосных толщ показывает, что накопление осадков в них происходило не непрерывно, а периодически. При этом почти всегда удается установить закономерную повторяемость (ритмичность) в осадконакоплении, получившую название циклической седиментации. Полный цикл (ритм), если рассматривать его в исторической последовательности снизу вверх, составляют:

- глины, подстилающие угли.

глина
глина

- угли.

угли
угли

- морские известняки или глинистые сланцы.

глинистый сланец
глинистый сланец

- песчаники континентального характера.

Камень песчаник
Камень песчаник

Как правило, континентальные песчаники залегают на размытой поверхности нижележащих известняков или глинистых сланцев, что объясняется континентальной эрозией, которая имела место после поднятия суши и регрессии (отступления) моря. Далее наступает продолжительный период выветривания, образования глин и развития торфяников на обширных болотистых пространствах вдоль морского берега с последующим образованием угольных пластов. Наличие же известняков и глинистых сланцев в кровле угольных пластов указывает на трансгрессию (наступление на сушу) моря в результате опускания берега, которым и заканчивается цикл. Таким образом, цикл седиментации (осадконакопления) заключает в себе свиту континентальных образований, которые залегают несогласно на размытой поверхности морских осадков, и соответствует циклу колебательных движений земной коры: начинается с поднятия области и заканчивается ее опусканием под уровень моря. Фактические разрезы угленосных толщ, как правило, подтверждают приведенную схему, причем количество циклов осадконакопления в некоторых бассейнах доходит до нескольких десятков.

известняк
известняк

Колебательные движения земной коры всегда имели очень сложный характер, поскольку быстрые движения часто сменялись замедленными, а кратковременный период колебаний длительным и наоборот. Сложность усугублялась и тем, что мелкие циклы колебательных движений происходили на фоне общего погружения или общего поднятия земной коры. Колебательные движения на отдельных площадях земной коры проявлялись неодинаково, так как в одних случаях такими площадями являлись геосинклинальные области, а в других – платформы. Тем самым отличными оказались в них и условия образования угленосных толщ и угольных пластов. В зависимости от этого среди угленосных отложений выделяют следующие основные типы: геосинклинальный, платформенный и переходный. Но для всех типов бассейнов характерно то, что они могли образоваться только в условиях общего опускания данного участка земной коры.

кузнецкий угольный бассейн
кузнецкий угольный бассейн

Теплом, полученным при сжигании 600 млн. т угля, можно нагреть воду до температуры 90С в озере глубиной 1 м, имеющем площадь Азовского моря.

Азовское море
Азовское море

Непрерывный процесс изменения земной коры, вызванный влиянием как глубинных процессов, так и атмосферы, гидросферы и других факторов, определил существенные различия строения, форм и состава отдельных ее частей. В течение очень длительного времени при определенных условиях на различных этапах развития земной коры образовались многие месторождения разных полезных ископаемых и среди них такие важные для современной жизни человечества, как месторождения горючих полезных ископаемых – угля, нефти, газа, горючих сланцев, торфа. Для образования месторождений торфа, угля и горючих сланцев было необходимо сочетание определенных климатических, палеогеографических и тектонических условий, при которых стали возможными возникновение и развитие органического (преимущественно растительного) мира, его территориальное распространение и произрастание, а также последующее отмирание, скопление достаточно больших масс, захоронение и превращение в полезное ископаемое.

газовая комфорка
газовая комфорка

Тектонические причины привели к возникновению бассейнов, где накапливались осадочные породы и растительный материал, из которого образовался уголь. Впоследствии эти причины обусловили формирование структур бассейнов и их современное размещение в земной коре. Тектонические закономерности являются важнейшим фактором образования угольных месторождений.

угольные месторождения
угольные месторождения

Непрекращающиеся изменения лика Земли приводили не только к образованию месторождений, но и к их разрушению, в том числе месторождений угля. В настоящее время в ряде случаев можно наблюдать лишь части угленосных бассейнов и месторождений, уцелевших от размыва, выветривания, химического изменения углей и вмещающих пород.

гидромеханическое разрушение угля
гидромеханическое разрушение угля

Геологическая история формирования, а также разрушения месторождений твердых горючих ископаемых отличается многообразием сложных природных процессов, которые связаны с длительными по времени периодами развития Земли. Научные исследования позволили ученым установить ряд важных закономерностей угленакопления и размещения твердых горючих ископаемых.

твердые горючие ископаемые
твердые горючие ископаемые

Академик П.И. Степанов еще в 1937 г. установил, что в осадочной оболочке земной коры начиная с девона, когда появились первые крупные скопления углей, представляющие промышленный интерес, выделяются три максимума и три минимума угленакопления.

оболочка земной коры. 1 - вода, 2 - осадочный слой, 3 - гранитный слой, 4 - базальтовый слой
оболочка земной коры. 1 - вода, 2 - осадочный слой, 3 - гранитный слой, 4 - базальтовый слой

Первый максимум совпадает с верхним карбоном и пермью. Количество запасов угля, подсчитанное на тот период для этой части стратиграфического разреза, составляет 38,1% общего количества мировых запасов угля во всех горизонтах. Второй максимум угленакопления приурочен к отложениям юрского возраста (4% мировых запасов угля). Третий максимум приходится на верхнюю часть верхнемелового периода и третичный период – здесь сосредоточено 54,4% запасов угля.

Запасы угля на ТЭЦ Алтайского края
Запасы угля на ТЭЦ Алтайского края
 

  Угольные месторождения России

Крупнейшими в России являются Печорский, Кузнецкий, Челябинский, Иркутский, Канско-Ачинский, Тунгусский, Ленский, Минусинский угольные бассейны. Например, запасы Печорского угольного бассейна составляют свыше 344 млрд тонн. Глубина добычи угля доходит здесь до 300 метров. Кузнецкий угольный бассейн, который находится на юге Западной Сибири, признан крупнейшим угольным месторождением в мире. В Кузбассе добывается 56 % российского каменного угля и до 80 % коксующегося угля. Но помимо угольной отрасли здесь развита также металлургия. Потребителями кузбасского угля являются ведущие производственные предприятия в Сибири, на Урале и в Европейской части страны.

кузнецкий угольный бассейн на карте россии
кузнецкий угольный бассейн на карте россии

Вдоль склона Саянских гор вплоть до Байкала протянулся Иркутский угольный бассейн, который хранит в себе запасы угля около 7,5 млрд тонн. Бассейн характеризуется неоднородной плотностью залегания угольных пластов различной мощности. Большая часть добываемой здесь породы используется в энергетических целях.

Саянские горы
Саянские горы

Канско-Ачинский угольный бассейн находится недалеко от Кузбасса, и добываемый на нём уголь применяется для работы энергосистемы Красноярского края и Республики Хакасия. Разработка и добыча угля ведётся крупнейшими в регионе предприятиями, среди которых Сибирская угольная энергетическая компания и ОАО «Красноярскрайуголь». В Хакасии также расположен Минусинский угольный бассейн, запасы которого оцениваются в 2,7 млрд тонн угля.

Республика Хакасия
Республика Хакасия

    Ленский угольный бассейн

Расположен в республике Якутия и частично в Красноярском крае. Основная часть его занимает Центральноякутская низменность в бассейне р. Лены и её притоков (Алдана и Вилюя); на севере Ленского угольного бассейна протягивается вдоль побережья моря Лаптевых от устья р. Лены до Хатангского залива. Площадь около 750 000 км2. Общие геологические запасы до глубины 600 м — 1647 млрд т (1968). По геологическому строению территория Ленского угольного бассейна подразделяется на две части: западную, которая занимает Вилюйскую синеклизу Сибирской платформы, и восточную, входящую в краевую зону Верхояно-Чукотской складчатой области. Угли бурые и каменные.

Ленский угольный бассейн
Ленский угольный бассейн

    Кузнецкий угольный бассейн

Является одним из самых крупных угольных месторождений мира, расположен на юге Западной Сибири, в основном на территории Кемеровской области, в неглубокой котловине между горными массивамиКузнецкого Алатау, Горной Шории и невысоким Салаирским кряжем. В настоящее время наименование «Кузбасс» является вторым названием Кемеровской области. Однако бассейн имеет невыгодное географическое положение. Он очень удален от основных районов-потребителей угля.

Кузнецкий угольный бассейн карта
Кузнецкий угольный бассейн карта

    Канско-Ачинский угольный бассейн

Этот Центрально-Сибирский бассейн обладает наиболее значительными запасами энергетического бурого угля, добывающегося открытым способом. Добыча угля в бассейне на 2012 год превысила 42 млн т в год, наиболее крупным угледобывающим предприятием является крупнейший в России угольный разрез «Бородинский», его средняя производительность за последнее десятилетие — 19,4 млн т/год, максимальная добыча 24,7 млн т/год была достигнута в 2008 году. В последнее десятилетие (к 2012 году) к крупным относятся также разрезы «Берёзовский» (в среднем за десятилетие - 6 млн т/год), «Назаровский» (4,3 млн т/год)и «Переясловский» (4 млн т/год). До 2008 года в разряд крупных входил и разрез «Канский», добывавший до 3,9 млн т/год (2006 г.) С 2009 года добыча на этом разрезе была снижена и в 2012 году она составила всего 350 тыс.т/год. Производительность разрезов не зависит от горно-геологических условий и технической мощности предприятий. В основном она определяется рыночной конъюнктурой и экономической политикой их собственников.

Канско-Ачинский угольный бассейн
Канско-Ачинский угольный бассейн

 

 

  Угольные месторождения Германии

Основные районы добычи каменного угля расположены в главных центрах промышленности Германии — Рурском районе, Заарской область. Немецкий уголь традиционно высокого качества, на протяжении десятилетий обеспечивал не только потребности страны, но и активно экспортировался. С середины 19 века, когда природные ресурсы Германии еще только изучались, уголь добывался открытым способом, без строительства шахт. С течением времени добыча каменного угля уходила всё глубже в землю и становилась всё более затратной.

Каменно-угольные бассейны в Германии
Каменно-угольные бассейны в Германии
Германия, Шахта Цольферайн, Цехе Цольферайн

В наши дни положение таково, что добывать каменный уголь стало экономически невыгодно. Угольная промышленность Германии находится на государственных субсидиях. Правительством принято решение о сокращении финансирования и его полное прекращение к 2018 году. Это приведет к закрытию оставшихся шахт, которых сейчас время осталось меньше десятка. С точки зрения экономики, Германии намного выгоднее импортировать каменный уголь, чем добывать его в своей стране, ведь сейчас его разработка ведется на глубине до 900 метров. К тому затраты на оплату труда работников шахт и поддержание экологического состояния в районах добычи несопоставимо выше, чем в соседних странах. Основным импортером каменного угля является в Германию является Россия.

Здание заседаний немецкого парламента
Здание заседаний немецкого парламента

Главная проблема с закрытие неэкологичного добывающего производства состоит в том, что добывающие предприятия являются градообразующими, на них занято большое количество населения. С закрытием шахт правительству приходится решать вопрос с открытием новых рабочих мест. Именно поэтому свертывание угольной промышленности Германии происходит постепенно.

Добыча каменного угля в Германии
Добыча каменного угля в Германии

Правительством принято решение о сохранении лишь небольшой части отрасли по добыче каменного угля в целях экономической безопасности страны.

Совершенно по-другому обстоит дело с бурым углем. Добыча его по-прежнему ведется открытым способом. Это позволяет не только покрывать растущие за счёт увеличения заработной платы расходы, но и развивать отрасль, строить планы на будущее. Единственная проблема — бурый уголь имеет низкую теплотворность. Но даже это позволяет производить с его помощью в Германии каждый четвертый киловатт тепловой энергии. Основными потребителями немецкого бурого угля являются местные тепловые станции. Бурый уголь, на сегодня главный из природных ресурсов Германии, добывают в районе Лаузицкого бассейна и на территории Среднегерманского месторождения. Разработка новых месторождений происходит постоянно, но особенность их расположения такова, что все они довольно компактно сосредоточены на территории ограниченных районов.

Разработка нового месторождений угля
Разработка нового месторождений угля

К районам добычи бурого угля привязаны и предприятия других отраслей промышленности, связанных с потреблением большого количества энергии. Помимо прочего это связано еще с тем, что бурый уголь малопригоден к транспортировке.

Ещё в прошлом веке стала проявляться тенденция объединения предприятий по добыче угля и предприятий по его переработке в картели. В нынешнее время имеет место тенденция по приобретению крупными энергетическими холдингами компаний, занимающихся добычей, переработкой и транспортировкой энергоносителей. Чаще всего – это владельцами становятся транснациональные корпорации.

угольный холдинг Германии, Energy investment company
угольный холдинг Германии, Energy investment company

Как видно, угольная промышленность Германии имеет разнонаправленное развитие. В условиях меняющегося мира уголь как источник энергии и тепла еще не потерял своей значимости.

    Нижнерейнский буроугольный бассейн

Расположен в зап. части ФРГ, на левобережье pеки Рейн. Общие запасы бассейна составляют 55 млрд. т угля. Промышленная разработка бурого угля ведётся c первых десятилетий 18 в. Уголь использовался для изготовления брикетов. K cep. 19 в. добыча угля достигла 100 тыс. т в год. Первоначально и почти до 2-й мировой войны 1939-45 разрабатывались буроугольные пласты, залегающие на глубине нескольких метров. K началу 2-й мировой войны годовая добыча бурого угля достигла 57,6 млн. т. Этот уровень был превышен в 1949, и c тех пор добыча угля быстро возрастает, составляя более 94% общей добычи бурого угля в ФРГ.         

Нижнерейнский буроугольный бассейн
Нижнерейнский буроугольный бассейн

    Лаузицкий угольный бассейн

Нижне-Лаузицкий бассейн расположен на востоке страны и соединяет месторождения миоценового возраста: Зенфтенберг-Лауххаммер, Шпремберг- Хойерсверда - в Центральной части бассейна; Вейсвассер - восточной; Бэрвальде в юго-восточной, Котбус-Любеюн - в северной и северо-западной частях бассейна. Промышленная угленосность связана со 2-ой, третьей и четвертой группами пластов угля миоценового возраста. Разрабатывается в основном один основной рабочий пласт угля мощностью 10 - 12 м, выдержанный на 10-ки км. Глубина залегания угольных пластов не превышает 300 м, в главном, 50 - 80 м. Угли относятся к брикетным, полукоксующимся, котельным и коксующимся, при этом бурые угли, подходящие для коксования, по сей день выявлены в ГДР лишь в Нижие-Лаузицком бассейне. Угли характеризуются (1600 - 2170 ккал/кг). Верхне-Лаузицкий (Оберлаузицкий) бассейн длится на территорию ПНР, где называется Житавским.

лаузицкий угольный бассейн
лаузицкий угольный бассейн

 

  Угольные месторождения США

Размещение запасов очень благоприятно как по техническим параметрам (глубина залегания относительно невелика — до 450 м на Западе и до 900 м в Аппалачском бассейне), так и по отношению к основным потребителям. Среднее расстояние между районами добычи и потребителями, в основном ТЭС, составляет от 100 до 320 км. В районах угледобычи, где находятся крупные ТЭС, этот разрыв уменьшается на порядок. Наиболее значимые запасы угля (более 80 %) сосредоточены в семи штатах: Вайоминге, Кентукки, Иллинойсе, Пенсильвании, Колорадо, Алабаме и Техасе.

карта месторождений угля в США
карта месторождений угля в США

Преобладают запасы каменного угля. Месторождения угля размещаются по территории страны довольно равномерно. Так, из 49 континентальных штатов 41 имеет угольные месторождения разного качества и объема. В Пенсильвании сосредоточено 95 % антрацитов страны, в Северной Дакоте — почти 70 % бурых углей. Добыча угля в стране превысила 1 млрд т. Рост добычи обусловлен ростом потребления угля в электроэнергетике, при сокращении его долей в других отраслях хозяйства. Основными районами добычи энергетических углей стали штаты Юга и Запада. Причины увеличения добычи в этих штатах разные. Добыча в Вайоминге, имевшая ранее локальный характер, возросла после начала строительства крупных угольных ТЭС в Горных штатах, ориентированных на потребителей в Тихоокеанских штатах. В Южно-Атлантических штатах ведущие центры по добыче угля находились на севере района и обслуживали Питтсбургский промышленный район. Однако после увеличения экспорта энергетических углей в Западную Европу Южно-Атлантические штаты, имеющие выгодное экономико-географическое положение относительно портов Атлантического побережья, расширили добычу и переориентировали поставки на экспорт.

разработка угля в Северной дакоте
разработка угля в Северной дакоте

Ведущая роль принадлежит крупным шахтам и разрезам, извлекаемые запасы каждого из которых превышают 1 млн т. В угольной промышленности высока и производственная концентрация — на долю 53 крупнейших шахт и разрезов приходится 60 % добычи. В штате Вайоминг находятся девять из десяти крупнейших разрезов. Добычу подземным способом ведут во всех районах страны. Высокая концентрация характерна также и для корпоративного уровня. Доля пяти ведущих угледобывающих компаний превышает 50 %.

разработка угля в штате Вайоминг
разработка угля в штате Вайоминг

    Угольный бассейн Powder River (штат Вайоминг)

Уголь был обнаружен в Вайоминге в 1843 году экспедицией Фремонта. С появлением железной дороги началась коммерческая добыча. Первые шахты, расположенные в округе Карбон и Рок-Спрингсе, округ Суитуотер, принадлежали Wyoming Coal & Mining Company.

Угольные месторождения Вайоминга
Угольные месторождения Вайоминга

    Аппалачский каменноугольный бассейн

Один из крупнейших в мире угольных бассейнов. Расположен на востоке США, на территории штатов Алабама, Кентукки, Виргиния, Западная Виргиния, Огайо, Мэриленд, Пенсильвания, протягиваясь более чем на 1200 км вдоль южных склонов Аппалачей. Площадь около 180 тысяч км2.

склоны Аппалачей
склоны Аппалачей

В бассейне насчитывается около 300 угледобывающих районов; 10 из них дают ежегодно более 10 млн. т угля и 30 более 5 млн. т (карта). Запасы каменного угля в бассейне до глубины 900 м оцениваются в 1600 млрд. т; доказанные запасы до глубины 305 м в пластах мощностью около 1 м — около 102 млрд. т, из которых 14,3 млрд. т пригодны для открытой разработки. Промышленная разработка угля в бассейне началась в 1800 в штате Огайо. 

Аппалачский каменноугольный бассейн
Аппалачский каменноугольный бассейн

    Иллинойский каменноугольный бассейн

Расположен в США, в штате Иллинойс и частично в штатах Индиана и Кентукки. Площадь 122 тысячи км2. Запасы угляоцениваются в 365 млрд. т, в т.ч. достоверные — 88,9 млрд. т (из них 65,7 млрд. т в штате Иллинойс). Из достоверных запасов свыше 18 млрд. т пригодны для открытой разработки. Большая часть запасов сосредоточена в южной и юго-западной частях штата Иллинойс. Промышленная добыча подземным способом осуществляется с 1875, карьерами — с 1928. 

Иллинойский угольный бассейн
Иллинойский угольный бассейн

  Угольные месторождения Китая

На территории Китая имеются крупные угольные месторождения, некоторые их них мы опишем ниже.

Угольные месторождения Китая
Угольные месторождения Китая

 

    Шаньсийский угольный бассейн

Крупнейший угольный бассейн в Северном Китае. Объединяет многочисленные разрозненные месторождения, сложенные одинаковыми угленосными отложениями, которые отделены друг от друга тектоническими нарушениями и областями эрозионных размывов. Угли палеозойского возраста (каменноугольного и пермского). Площадь бас. превышает 160 тыс. км². Мощность угленосных отложений колеблется от 250 м до 750–800 м. Отложения содержат до 47 угольных пластов, но лишь некоторые (3–7) имеют рабочую мощность (1,5–3,0 м). Сложное тектоническое строение бас. (многочисленны разломы и складки) затрудняет добычу угля, особенно подземным способом. По качеству угли разнообразны, есть энергетические, антрациты, но значительная их доля может использоваться для производства кокса. На долю бассейна приходится 20 % всей добычи угля в Китае.

Шаньсийский угольный бассейн
Шаньсийский угольный бассейн

    Ордосский угольный бассейн

Расположен к западу от бассейна Шаньси и месторождения Датун. Открыт позже других бассейнов, но разрабатывается очень активно. По площади сопоставим с бассейном Шаньси. Угленосность связана с юрскими отложениями мощностью несколько сотен метров. Количество рабочих пластов (мощностью от 0,6 до 4,5–6,0 м) не превышает 3–5. Осн. часть углей относится к энергетическим и лишь небольшое их количество может использоваться для коксования.

5. Ордосский угольный бассейн
5. Ордосский угольный бассейн

  Угольные месторождения в бывшей Украине

Украина богата угольными месторождениеями, ниже мы опишем некоторые из них.

Угольные бассейны Украины на карте
Угольные бассейны Украины на карте

    Донецкий угольный бассейн

Донецкий угольный бассейн является важнейшим угольным бассейном Украины. Он располагается на территории Днепропетровской, Донецкой и Луганской областей.

Донецкий угольный бассейн
Донецкий угольный бассейн
Взрыв на шахте в Луганской области

Расположение. Общая площадь бассейна в виде полосы, вытянутой в широтном направлении на 650 км при максимальной ширине около 200 км, составляет около 60 тыс. км2. Он занимает степную, слегка приподнятую часть страны, между речкой Северский Донец и Азовским морем. В центре находится Донецкий кряж с наибольшей на левобережной части Украины высотой над уровнем моря возле г. Дебальцево. На площади бассейна протекают речки Северский Донец, Кальмиус, Самара. Железнодорожная и автомобильная транспортная сеть отвечает хорошо развитой инфраструктуре региона, где, кроме угледобывающих предприятий, функционируют предприятия черной, цветной металлургии, химической промышленности и энергетики. Плотность населения является наибольшей в Украине. Промышленность концентрируется в городах Донецк, Луганск, Горловка, Енакиево, Дзержинск, Краснодон, Павлоград, Красноармейск. Вблизи границы бассейна расположены крупные промышленные центры: Артемовск, Днепропетровск, Мариуполь, Харьков. Восточная часть бассейна простирается на территорию России.

Енакиево
Енакиево

Мощность рабочих пластов в бассейне изменяется от 0,5 до 2,5 м. Преобладающее распространение имеют пласты мощностью 1–1,5 м. В кровле пластов залегают аргиллиты, иногда алевролиты, песчаники, редко известняки. В подошве угольных пластов находятся аргиллиты или алевролиты. Коэффициент рабочей угленосности продуктивной толщи составляет в среднем 0,77.

аргиллит
аргиллит

Разведанные запасы угля промышленных категорий составляют 57,5 млрд. т, перспективных – 18,3 млрд. т. Они представлены всеми основными марками каменных углей – от длиннопламенных до антрацитов, а также переходными от бурых углей до длиннопламенных. Уголь относится к классу гуммитов, иногда содержит сапропелево-гумусовые прослойки.

гуммит
гуммит

Структура угля, который добывают в Донбассе, характеризуется высоким удельным весом антрацитов (30%) и углей, пригодных для коксования (42%), причем последние на 63% представлены лучшими спекающимися марками (Ж, К и ОС).

Структура угля
Структура угля

Особое место в балансе добываемого в бассейне топлива принадлежит углям марки Г, доля которых в разведанных геологических запасах превышает 42%, а вместе с близким к ним по свойствам углем марки Д составляет почти 60%. Благодаря хорошей спекаемости и низкому содержанию серы уголь марки Г включают в шихту для коксования (в количестве 32–35%). Имея высокий выход летучих веществ, он содействует получению при коксовании большого количества ценных химических продуктов. Более половины газовых углей, которые добываются, используются для энергетических целей.

Показатели качества шихты
Показатели качества шихты
Взрыв метана на шахте Свято-Покровская в Донецкой области

Уголь трех месторождений – Богдановского, Новомосковского и Петриковского, – содержащих около трети запасов угля марок Д и Г Донбасса, – это так называемый «соленый» уголь. Разведанных запасов «соленого» угля в Украине около 12 млрд.т. Украинский «соленый» уголь среди его мировых запасов – один из самых высокометаморфизированных и или относится к переходным от бурых к длинопламенным, или длинопламенный и газовый. При этом практически во всех случаях доминирующими засоляющими примесями в угле являются водорастворимые соединения натрия (содержание Na2O в угле – от менее 0,5 до 1%; хлора – 0,3–0,9%; серы – 1,6–2,1%).

натрий хлор
натрий хлор

Богдановское месторождение, угли которого наиболее пригодны для сжигания на ТЭС, с невысоким, почти предельным содержанием оксида натрия относится к наиболее разведанным. В перечень резервных участков, подготовленных к строительству новых шахт, входят 5 его участков.

Сочинская ТЭС
Сочинская ТЭС

Учитывая низкую зольность, ограниченную влажность, высокий выход летучих и небольшую глубину залегания «соленого» угля, последний можно считать перспективным ресурсом для твердотопливных ТЭС при условии разработки технологий его энергетического использования.

Ново-Ангренская ТЭС
Ново-Ангренская ТЭС
В Донецке на шахте имени академика Скочинского произошел взрыв

Средняя теплота сгорания товарного рабочего топлива Донбасса – 21,2–26,1 МДж/кг. Уголь малофосфористый, от малодо высокосернистого. Все пласты (за исключением антрацитов) газоносные. Геологические запасы углеводных газов в угольных пластах и прослоях превышают 2,5 трлн.м3. В связи с этим Донбасс можно рассматривать как самое большое газовое месторождение.

газовое месторождение Донбасса
газовое месторождение Донбасса

С учетом тектонической структуры, марочного состава углей, условий залегания угольных пластов, а также географических, экономических и исторических особенностей украинской части Донбасса выделены 16 геолого-промышленных районов (Петропавловский, Красноармейский, Донецко-Макеевский, Чистяково-Снежнянский, Центральный, Лисичанский, Краснодонский, Луганский, Должано-Равенецкий и др.). Разработку угольных пластов осуществляют 165 шахт, входящих в состав 19 государственных предприятий, 2 открытых акционерных обществ, 1 государственной холдинговой компании; 28 шахт самостоятельные (данные на 1 января 2005 г.). Добыча угля составила 79,4 млн. т за год с зольностью 38,3%, в том числе коксующегося 34,7 млн. т с зольностью 38,5 % и энергетического 44,7 млн. т – 38,4 %.

Луганск
Луганск

Шахтный фонд – в основном старые, изношенные, требующие реконструкции и восстановления шахты. Средняя глубина разработки превышает 700 м, 28 шахт ведут очистные работы на глубине более 1000 м. Средний ежегодный прирост глубины разработки составляет 15 м.

реконструкция шахты
реконструкция шахты
Взрыв на макеевской шахте "Щегловская-Глубокая"

Условия разработки угольных пластов на достигнутых глубинах очень сложные: температура горных пород составляет 45–50С, высокая газонасыщенность, значительное давление, много пластов опасны из-за внезапных выбросов газа и горных ударов. На 30% шахт уголь имеет тенденцию к самовозгоранию.

В этих условиях длина очистных забоев составляет 120–220 м. Средний уровень комплексной механизации очистных работ – 53,2%, достигая на ряде шахт 96%.

уголь в шахте, тоннель
уголь в шахте, тоннель

    Львовско-Волынский угольный бассейн

Расположение. Находится на территории Львовской и Волынской областей. Площадь промышленной угленосности – 3,2 тыс. км2. Геологические запасы угля – 2,1 млрд. т, из них балансовые запасы – 1,05 млрд. т. Бассейн включает 6 угольных месторождений: Межереченское, Забугское, Волынское, Сокальское, Тягловское, Каровское.

Львовско-Волынский угольный бассейн
Львовско-Волынский угольный бассейн

 

Львов
Львов

Историческая справка. Предположение о наличии угленосных отложений карбона в границах бассейна было высказано в 1912 г. М.М. Тетяевым и подтвердилось в 1948 г. Шахтное строительство начато в 1950 г., а добыча угля ведется с 1954 г.

карбон
карбон

На территории бассейна каменноугольные отложения визейского, намюрского и башкирского ярусов составляют Львовскую мульду (грабен-синклиналь). Их мощность 630 м на северо-востоке и 1250 м на юго-западе бассейна. В этих отложениях залегают до 4 пластов рабочей мощности (0,7–1,2 м). Глубина залегания пластов изменяется от 250 м на востоке до 750 м на западе. Углы падения – 5–7 градусов.

Восточно-Камчатская грабен-синклиналь
Восточно-Камчатская грабен-синклиналь

Уголь рабочих пластов представлен марками Д, Г, ГЖ и Ж. Угольные пласты содержат не только гумусовые, но и сапропелевые угли плотностью 1,65–2 т/м 3. Зольность гумусовых углей 20–25%, сапропелевых – 50–65%. Их соотношение в классе меньше 10 мм равняется 5:1, в классе более 10 мм – 1:1.

гумус на лопате
гумус на лопате

Разрабатываются Межереченское, Волынское и Забугское месторождения. В регионе добычу угля ведут 9 шахт, которые входят в ОАО «Львовуголь» с центром в г. Сокале, и 4 шахты ВО «Волыньуголь» в г. Нововолынске. Глубина разработки 330–600 м. Добыча угля в бассейне 8,1 млн. т в год (данные 2000 г.).

директор Волыньуголь Анатолий Заболотный
директор Волыньуголь Анатолий Заболотный

Качество товарного угля характеризуется следующими показателями: влажность – 5–10%, зольность – 23–42%, выход летучих – 36–39%, содержание серы – 3,3–5,5%. Высшая теплота сгорания – 32,15–34,54 МДж/кг, низшая – 16,3–21,4 МДж/кг. Уголь используется в основном как высококачественное энергетическое топливо и частично как коксохимическое сырье.

Бурый уголь. В соответствии со стандартом Украины ДСТУ 3472-96 к бурому углю относятся угли с Rо меньше 0,40%, Vdaf равно 50–70%, Qt меньше 24 МДж/кг.

коксохимический завод
коксохимический завод

В Украине бурый уголь распространен довольно широко и представлен большим количеством месторождений и углепроявлениями, которые образуют бассейны и угленосные толщи. Они находятся в разных геологических структурах: Украинский щит – Днепровский бассейн; Днепровско-Донецкая впадина – Днепровско-Донецкая угленосная толща; Волынско-Подольская плита – Приднестровская угленосная толща; прогибы – Прикарпатская и Закарпатская угленосные толщи; впадины – месторождения Причерноморья, углепроявления встречаются также в Крыму. Основные залежи бурых углей Украины сосредоточены в Днепровском бассейне.

Донецк
Донецк

    Днепровский буроугольный бассейн

Расположение. Находится в пределах Винницкой, Житомирской, Киевской, Черкасской, Кировоградской, Днепропетровской и Запорожской областей Украины. Простирается с юго-запада на юго-восток вдоль среднего течения р. Днепр на 680 км при ширине от 70 до 175 м. Общая площадь бассейна около 150 тыс. км2.

Днепровский буроугольный бассейн
Днепровский буроугольный бассейн
Житомир
Житомир
Украина большой взрыв на шахте 11 04 2014

Историческая справка. Наличие углей в бассейне известно с ХІ столетия. Интенсивная разработка ведется с 1946 г. В эксплуатации находилось 9 месторождений, на площади которых работало 7 шахт и 7 угольных разрезов с суммарной годовой производственной мощностью 10,1 млн. т.

Винница
Винница

В бассейне расположено более 150 обособленных месторождений бурого угля. Общие геологические запасы составляют 5 млрд. т, разведанные – 2,4 млрд. т, из которых 0,5 млрд. т пригодны для открытой разработки. Мощность угольных пластов достигает 25 м, средняя – 3–4 м. Глубина залегания угля – от 5 до 160 м. По степени метаморфизма уголь относится к группе Б1 (мягкие бурые угли). Влажность – угля 55–60%, зольность – 15–25%, содержание серы – 2,3–3%. Низшая теплота сгорания топлива – 5–9,2 Мдж/кг.

Глубина залегания угля
Глубина залегания угля

Угли некоторых месторождений содержат повышенное количество битумов и смол, составляющее в среднем соответственно 5–7 и 12–15%. Уголь используется как топливо для производства электроэнергии на тепловых электростанциях. Высокая влажность, повышенные зольность и содержание серы обуславливают необходимость применения специальных топок. Для обеспечения бытовых потребителей населения бурый уголь брикетируется на брикетных фабриках.

брикет угля
брикет угля

 

Мировые запасы угля

Общие геологические запасы углей земного шара до глубины 1800 м оцениваются в пределах 12000–23000 млрд. т. Величина запасов, исключая экстремальные и недостаточно надежные оценки, определяется в 14000–16000 млрд. т. Расхождения в оценках обусловлены различными нормативами, принимаемыми при подсчетах (глубина подсчета, минимальная мощность пластов, предельное качество угля и др.), неидентичностью методов прогнозирования и требований, предъявляемых к достоверности запасов в различных странах.

Таблица мировых запасов угля
Таблица мировых запасов угля
А.Тулеев- на складах лежит уже тройной запас угля

По официальным национальным данным общие геологические запасы углей, содержащихся в угленосных формациях всех геологических систем по состоянию на 1980 г., оценивались в 14311 млрд. т.

Схема перемещения узлов угленакопления в стратиграфической последовательности по П.И. Степанову
Схема перемещения узлов угленакопления в стратиграфической последовательности по П.И. Степанову

По общим геологическим запасам углей первые десять мест без учета запасов бассейна Алта-Амазона в Бразилии (2200 млрд. т) занимают (в скобках указаны запасы,млрд. т): СНГ (6800), США (3600), КНР (1500), Австралия (697), Канада (547), ФРГ (287), ЮАР (206), Великобритания (189), Польша (174), Индия (125). В указанных странах сосредоточено 96,7% общих геологических запасов мира и 88% его добычи.

Общие геологические запасы ископаемых углей в млн. т
Общие геологические запасы ископаемых углей в млн. т

Основная доля уточненных общих геологических запасов углей в ведущих странах залегает на глубинах до 600 м. Однако в отдельных крупных бассейнах, например Донецком (Украина) и Рурском (Германия и Бельгия), запасы углей до глубины 600 м практически выработаны, а оставшиеся сосредоточены на больших глубинах.

Из 14311 млрд. т углей 57% запасов сосредоточены в Азии, 30% – в Северной Америке, на остальные континенты приходится всего 13%.

Донецкуголь, шахта Максима Горького
Донецкуголь, шахта Максима Горького

Доступные к отработке запасы углей на начало XXI века оцениваются в 4210114 млрд. т, т.е. почти на 70 % меньше по сравнению с уточненными геологическими запасами.

Еще меньше извлекаемые мировые запасы угля. Так, по данным Международного ежегодника угольной промышленности, мировые извлекаемые запасы угля составляют 982714 млн. т, в том числе каменного угля – 518 204 млн. т и бурого угля – 464 510 млн. т.

угольная шахта в Донецке
угольная шахта в Донецке

Мировая добыча угля

Несмотря на относительное снижение доли угля в энергопотреблении, угольная промышленность продолжает оставаться одной из ведущих отраслей мировой энергетики, она лучше других отраслей обеспечена природными ресурсами.

Извлекаемые мировые запасы угля, в млн. т
Извлекаемые мировые запасы угля, в млн. т
Карта размещения угольных басейнов
Карта размещения угольных басейнов

 

Доступные к отработке мировые запасы угляна начало 2001 г.,млн.т Европа
Доступные к отработке мировые запасы угляна начало 2001 г.,млн.т Европа
Доступные к отработке мировые запасы угляна начало 2001 г.,млн.т Азия
Доступные к отработке мировые запасы угляна начало 2001 г.,млн.т Азия
Доступные к отработке мировые запасы угляна начало 2001 г.,млн.т Африка, Америка, Австралия
Доступные к отработке мировые запасы угляна начало 2001 г.,млн.т Африка, Америка, Австралия

Необходимо отметить, что в общей мировой добыче каменные угли и антрациты составляют 76 %, а остальные 24 % – бурые.

С семидесятого по девяностый годы прошлого столетия наблюдался систематический рост мировой добычи угля. За это время добыча увеличилась с 3222 млн. т (1975 г.) до 4757,4 млн. т (1990 г.). В девяностых годах темпы роста замедлились за счет сокращения добычи в странах СНГ, ФРГ, Великобритании, Польше, США.

Добыча угля в Африке
Добыча угля в Африке
Powerscreen Chieftain 1400 и XH250 переработка угля в Южной Африке

С начала XXI века возобновился рост не только мировой добычи, но и потребления угля.

Прогнозными исследованиями предполагается неуклонный рост потребления угля до 2020 г. со средним приростом 1,5 % в год, но со значительными отклонениями по регионам. В частности, мировое потребление угля по сравнению с 2000 г. увеличится на 1,7 млрд. т, т.е. с 4,7 млрд. т в 2000 г. до 6,4 млрд. т в 2020 г. При неблагоприятном варианте развития мировой экономики мировое потребление угля в 2020 г. может составить 5,5 млрд. т, а при благоприятном – 7,6 млрд.т. Основным потребителем угля останется энергогенерирующая отрасль (более 55 %), в которой будет наблюдаться значительный рост потребления, а также металлургическая промышленность. В других сферах использования угля (промышленное, коммерческое, бытовое) будет наблюдаться рост других источников энергии. Исключение составляет Китай, где потребление угля сохранится во всех возможных сферах его применения.

Динамика мировой добычи бурых, каменных углей и антрацитов, в млн. т товарного угля
Динамика мировой добычи бурых, каменных углей и антрацитов, в млн. т товарного угля
  

  Угольная промышленность России

С распадом Советского Союза нарушились производственные, экономические и научно-технические связи между предприятиями бывших союзных республик. Это привело к экономическому кризису во всех созданных независимых государствах, что повлекло за собой значительное снижение добычи угля во всех углепромышленных регионах бывшего Советского Союза. 

распад Советского Союза
распад Советского Союза

Одновременно происходило значительное снижение технического уровня производственного потенциала отрасли из-за практически полной приостановки строительства новых и резкого сокращения объемов реконструкции действующих угледобывающих предприятий, а также вследствие замедления их технического переоснащения.

строительство угольной шахты
строительство угольной шахты

Особенно болезненным был разрыв производственных связей угледобывающих предприятий России с заводами горного машиностроения, большинство которых располагалось в Украине, Казахстане и Белоруссии. Эти заводы имели специализированный характер и были предназначены для обеспечения новой техникой всех угольных предприятий СССР.

горная машина
горная машина

К 1992 году более половины шахт России имели фактический срок службы свыше 40 лет и лишь 16 — были относительно новыми. Около 2/3 шахт были опасны по газу и угольной пыли, каждая вторая — по самовозгоранию угля. Только на 15 % шахт технико-экономические показатели работы были сопоставимы с передовыми зарубежными угледобывающими предприятиями.

выброс метана в шахте, рабочие покидают шахту
выброс метана в шахте, рабочие покидают шахту
Финансирование угольной отрасли в России

Развитие открытого способа добычи угля сдерживалось разнообразием применяемых систем и технологических схем горного производства, низкими параметрами горного и транспортного оборудования. На разрезах насчитывалось 1500 одноковшовых экскаваторов и только 50 — роторных.

одноковшовый экскаватор
одноковшовый экскаватор

В результате запущенности всего горного хозяйства отрасли, старения шахтного фонда, падения трудовой и технологической дисциплины и высокой аварийности стала резко снижаться производительность труда на угольных предприятиях. В начале 1993 на шахтах она соответствовала уровню 1954 года, на разрезах — 1956 года. 

шахтёры в угольной шахте
шахтёры в угольной шахте

Вследствие принятых в 1989—1991 годах в условиях мощного забастовочного движения шахтеров экономически неоправданных, популистских правительственных решений значительно увеличилась продолжительность отпусков шахтеров, которая стала в 1,7 — 2,5 раза выше, чем в основных угледобывающих странах мира. Ежемесячное количество выходов рабочего в угольной промышленности России стало на 20 % меньше, чем за рубежом. 

угледобывающие страны мира
угледобывающие страны мира

Проблемы предприятий угольной отрасли усугублялись крайне несовершенным в техническом отношении состоянием объектов социальной инфраструктуры шахтерских городов и поселков. Большинство из этих объектов нуждалось в срочном ремонте и реконструкции.

Таким образом, в угольной отрасли резко обострились производственные, технические, экологические и социально-экономические проблемы, она оказалась в тисках системного социально-экономического и организационно-управленческого кризиса. 

шахтерский город Шахты
шахтерский город Шахты

Дальнейшее функционирование отрасли требовало постоянно возрастающих государственных дотаций, что при бюджетном дефиците тех лет было нереальным; бюджетное финансирование отрасли противоречило идеям рыночной экономики. 

В целях вывода угольной отрасли из системного кризиса, её адаптации к рыночной конкуренции с другими топливными ресурсами, было признано необходимым начать глубокие структурные отраслевые и межотраслевые преобразования, то есть осуществить реструктуризацию отрасли.

шахтерский город Шахтёрск
шахтерский город Шахтёрск

При разработке программных мероприятий реструктуризации угольной отрасли России был изучен опыт структурной перестройки угольных отраслей в зарубежных странах, где эта перестройка началась примерно на 40 лет раньше, чем в России.

Процесс реструктуризации угольной отрасли в разных странах, включающий технические, технологические, организационные, социальные и экономические преобразования, имел различные побудительные мотивы и преследовал разные цели. 

Воркутинская шахта
Воркутинская шахта

Страны Западной Европы (Бельгия, Франция, Великобритания и др.), начавшие этот процесс раньше, главной целью реструктуризации определили: снижение собственных объемов добычи угля в соответствии с имеющимися геологическими и разведанными запасами, техническими возможностями и рыночным спросом; повышение импорта угля и других энергоносителей в экономически выгодном для них ценовом поле. 

Страны Западной Европы
Страны Западной Европы

Напротив, такие страны как США, КНР, ЮАР, Австралия и Индия, имеющие богатые запасы угля, добыча которого по природным факторам требует меньших затрат по сравнению со среднемировыми, основные усилия реструктуризации своей угольной промышленности сосредоточили на повышении темпов научно-технического прогресса и наращивании объемов добычи угля. 

добыча угля в ЮАР
добыча угля в ЮАР
Взрыв на шахте «Распадская»

Страны Центральной и Восточной Европы (Болгария, Венгрия, Польша, Румыния, Чехия и др.), которые начали структурную перестройку своих угольных отраслей в переходный от плановой к рыночной экономике период, использовали новые способы повышения эффективности угольной промышленности своих стран. Главными направлениями реструктуризации эти страны избрали ликвидацию убыточных предприятий и повышение конкурентоспособности угля по сравнению с другими энергоносителями (отечественными и, главным образом, импортными) на основе применения современных достижений науки и техники.

Страны восточной Европы
Страны восточной Европы

Угольные предприятия России, расположенные крайне неравномерно по гигантской территории страны, имели большое разнообразие по горно-геологическим условиям. Технико-технологическое состояние шахт и разрезов было кризисным. В стратегии своей структурной перестройки Россия должна была учесть собственный опыт развития, многообразный опыт реструктуризации в Западной, Центральной и Восточной Европе, а также в Китае, США и других странах.

шахта Китая
шахта Китая

Основная задача реструктуризации угольной промышленности формулировалась следующим образом: обеспечить переход отрасли от убыточной и неконкурентоспособной к отрасли, состоящей из конкурентноспособных и обеспечивающих саморазвитие в длительной перспективе угольных компаний, конкурирующих друг с другом и функционирующих без бюджетных дотаций. 

Угольная компания Заречная
Угольная компания Заречная

Это должно было произойти после закрытия нерентабельно работавших шахт и разрезов. При этом предполагалось, что экономика угледобывающих регионов после значительных структурных преобразований в угольном секторе будет также перестраиваться, диверсифицировать свою структуру. Государство берет на себя необходимые обязательства по поддержке выполнения основных социальных функций в отношении высвобождаемых работников и диверсификации структуры региональной экономики. Объем этой поддержки должен был обеспечить минимальный в тех условиях уровень безработицы в угольных регионах и отсутствие острых социальных конфликтов.

уровень безработицы, на бирже труда
уровень безработицы, на бирже труда

В качестве основополагающих принципов реструктуризации угольной отрасли России были приняты следующие:

- Россия должна оставаться в числе ведущих угледобывающих стран мира;

Рейтинг основных угледобывающих стран мира в конце XIX в
Рейтинг основных угледобывающих стран мира в конце XIX в

- значение гигантских угольных ресурсов России (более 5 трлн т) в топливно-энергетических балансах нашей страны, стран ближнего и, вероятно, дальнего зарубежья должно повышаться по мере истощения мировых запасов нефти и газа, геологические ресурсы которых значительно меньше угольных;

запасы нефти по странам
запасы нефти по странам

- объемы добычи угля, в целом по стране и по ее угледобывающим регионам, должны определяться уровнем рыночного спроса и тенденциями его изменения на внутреннем и мировом рынках энергоносителей;

угледобывающие регионы россии
угледобывающие регионы россии

- повышение конкурентоспособности угля должно обеспечиваться, главным образом, посредством снижения производственных затрат на его добычу и обогащение, а также вовлечения в разработку наиболее благоприятных угольных месторождений и применения новых технологий.

обогащение угля
обогащение угля

Россия является одним из мировых лидеров по производству угля. В ее недрах сосредоточена треть мировых ресурсов угля и пятая часть разведанных запасов — 193,3 млрд т. Из них 101,2 млрд т бурого угля, 85,3 млрд т каменного угля (в том числе 39,8 млрд т коксующегося) и 6,8 млрд т антрацитов. Промышленные запасы действующих предприятий составляют почти 19 млрд т, в том числе коксующихся углей — около 4 млрд т. Российская Федерация занимает второе место по запасам и пятое место по объему добычи угля (более 320 млн т в год). При существующем уровне добычи угля его запасов хватит более чем на 550 лет.

угольная карта россии
угольная карта россии
Ситуация в угольной промышленности России

В угольной промышленности России на середину 2010 года действуют 228 угледобывающих предприятий (91 шахта и 137 разрезов). Практически вся добыча угля обеспечивается частными предприятиями. Переработка угля осуществляется на 49 обогатительных фабриках и двух установках механизированной породовыборки. 

горно-обогатительный комбинат
горно-обогатительный комбинат

В настоящее время добыча угля ведется в семи федеральных округах, 25 субъектах Российской Федерации, 16 угольных бассейнах и в 85 муниципальных образованиях России, из которых 58 являются углепромышленными территориями на базе градообразующих угольных предприятий. В отрасли задействовано около 200 тыс. человек.

угольное предприятие
угольное предприятие

Добыча угля в России, как шахтным способом, так и в угольных разрезах, постоянно увеличивается. Являясь лидером по угольному экспорту, Россия поставляет уголь в страны Европейского Союза, в Китай, Японию, Турцию и другие государства. Практически в полном объёме угледобыча ведётся частными компаниями, формирующими специфику рынка. Что касается качества угля, добываемого в российских угольных бассейнах, то оно неоднородно. В России сосредоточено более трети общемировых запасов угля, из которых около 70 % приходится на долю бурого угля. Угольные бассейны, при этом, являются весьма доступными, и их разработка в сочетании с применением современных технологий ничем не затруднена.

Динамика добычи угля в России в миллионах тонн
Динамика добычи угля в России в миллионах тонн
Кузбасс взрыв на шахте

Угольная отрасль играет огромную роль в энергобалансе страны. Уголь широко используется в выработке электроэнергии, составляя более 25 % в балансе топливно-энергетического комплекса. Но доля угля в работе тепловых электростанций продолжает увеличиваться. Согласно стратегическим планам развития отрасли она должна составить 31-38 % к 2020 году. 

тепловая электростанция
тепловая электростанция

Помимо этого, на рынке коксующегося угля происходит существенное возрастание спроса. Около 57 % рынка формируют его основные участники, в число которых входит «Евраз групп», «Сибуглемет» и «Южный Кузбасс». Они же добывают до 70-80 % твёрдого и полутвёрдого угля, который считается наиболее ценным для промышленности.

Евраз групп
Евраз групп
Евраз групп

Перспективы развития угольной отрасли в России связаны с интеграцией угольного производства и энергетики, что позволит создать на базе шахт современные энергетические объекты. Развитие должно происходить по пути переоборудования имеющихся шахт электроэнергетическими генераторами для выработки энергии. Также возможно переоснащение перерабатывающего производства для изготовления синтетического моторного топлива. 

синтетическое моторное топливо
синтетическое моторное топливо

Ожидается, что в ближайшие годы России не угрожает дефицит угля, и баланс спроса и предложения на рынке будет сохраняться. Однако внутренние цены на коксующийся уголь могут существенно повыситься в ближайшее время.

коксующийся уголь в руках
коксующийся уголь в руках

  Угольная промышленность в Германии

Экономика современной Германии является первой по величине в Европе. При этом природные ресурсы Германии нельзя назвать богатыми и разнообразными. Исключение составляет уголь, традиционно добываемый на территории этой страны вот уже около двух веков. Угольная промышленность Германии стала основополагающей для ее экономики. Даже сейчас запасы угля здесь настолько велики, чтобы способны обеспечить потребности в нем еще в течение многих лет.

Панорама карьера Гарцвайль по добыче бурого угля
Панорама карьера Гарцвайль по добыче бурого угля
Угольная промышленность Германии

 

  Угольная промышленность США

По данным Министерства энергетики США общее число угольных шахт введенных в эксплуатацию в 2009 году было 1450,на которых работают около 86 тысяч шахтеров. В США на протяжении десятилетий число угольных шахт и число шахтеров снижается. В 2006 году количество шахт снизилось с 2000 до 1906. Хотя спрос снизился в конце 2000-х годов из-за застоя в экономике, между ростом спроса на электроэнергию и продолжительностью роста американского экспорта угля, перспективы угольной промышленности были обнадеживающими для экспорта угля.

Министерство энергетики США
Министерство энергетики США
Поезд сошел с рельсов, разливы Уголь США

Увеличение добычи угля, как отрасль сама по себе в значительной степени отражает меры по сокращению расходов со стороны угледобывающей отрасли. Учреждения часто пытаются сократить издержки за счет увеличения использования работников профсоюза для выполнения многих задач. Услуги горного договора выросли из-за того, что многие крупные угледобывающие компании диверсифицировали свои операции или вышли из определенных аспектов добычи угля.

угольная шахта США
угольная шахта США

Впереди любой выработки в массиве горных пород (угля) есть область концентрации напряжений. При воздействии на забой (выемка, бурение и т.п.) высокое опорное давление способствует потере устойчивости состояния равновесия и может привести к внезапному разрушению - растрескиванию призабойной части горного массива. При наличии такой области десорбируюшийся и расширяющийся газ в состоянии отбросить уголь на значительное расстояние. Если в какой-то период времени давление газа на поверхности АБ упадет со значения Р1. B массиве до давления Р2, частицы поверхности обнажения окажутся под воздействием растягивающей силы. При силе, превосходятся прочность угля, происходит отделение (отрыв) частиц в поверхностном слое, обнажается новая поверхность А1 В1. Сила, отрываюшая часть угольного массива, возникает вновь и процесс разрушения повторяется. Расширяющийся газ выносит разрушенный уголь в выработку.

месторождение бурого угля в США
месторождение бурого угля в США

Что касается конкретных услуг по контрактам, компании могут избежать больших обязательств инвестиционного капитала, что стало выгодным для мелких предприятий. Таким образом, столкнувшись с неустойчивостью спроса в промышленности произошел рост в гибких условий производства. Стал вопрос снижения текучести кадров, и тем самым сократить время простоя. Гибкие правила работы, связанной с искоренением правила профсоюзной деятельности внесли свой вклад в эффективность деятельности труда. Около 788 лиц оказывают услуги угольной отрасли на контрактной основе. Эти услуги включают в себя услуги по бурению,очистки забоя, крепление выработок.

выработка угля США
выработка угля США

Для какой-либо конкретной шахты, эта деятельность может осуществляться под эгидой одного учреждения или некоторые услуги могут быть переданы подрядной компанией за определенную плату. Другими словами, для данной методики добычи угля, осуществляется ряд мероприятий, в том числе зачистка лавы, бурение скважин , транспорт и другие. В случае, когда одно конкретное учреждение несет полную ответственность за работу шахты, деятельность классифицируется в зависимости от продукта производства, засчитывается как часть услуг для угольной промышленности.

карта угольных месторождений США
карта угольных месторождений США

Благодаря своей небольшой, но внутренней связи, угольная отрасль в целом, услуги угольной промышленности поднимается и опускается с добычей угля. Услуги в горном деле стали неотъемлемой частью подъема угольной промышленности в Соединенных Штатах, были ли они частью деятельности добывающих компаний или предоставляемые через компании, заключался контракт владельцев шахт и операторов. В общем, эволюция добыче угля, произошла с ростом отдельных компаний, предоставляющих эти услуги, связанные с изменениями в технологии производства добычи угля и эффективности методов производства.

погрузка угля экскаватором
погрузка угля экскаватором

На самом деле, ранние методы добычи угля были чрезвычайно просты. Конечно, эти примитивные методы были быстро заменены более совершенным разделением труда, и в конечном счете благодаря рационализации и введению машин, было сокращено общее время труда, необходимое на единицу добытого угля. В первые годы добычи угля, примитивным методом производства работники владеющие инструментом компании получали часть заработной платы, в зависимости от количества добытого угля. Это включало в себя погрузку угля в вагоны в ручную. По словам историка и автора Кит Дикс, как в конце 1948 года, одна треть подземных угольных работ в стране по-прежнему происходила в ручную.

подземные угольные работы
подземные угольные работы

Началось внедрение механизации для того чтобы сократить расходы и время на производство. В конечном счете, последовала механизация перевозки, бурение скважин и очистка призабойного снижение потребности в рабочей силе. Препятствия на транспортном рынке были преодолены путем заключения соглашений с развивающимися железнодорожной отраслью на рубеже века. Железные дороги послужили толчком для угольной промышленности в первые два десятилетия этого века, но, когда железные дороги перешли на мазут с дизельным двигателем, угольная промышленность потеряла крупного клиента. Включительно с переходом отопления домов на нефть и газ, произошел спад угольной промышленности в период после Второй мировой войны. К 1961 году добыча угля снизилась до уровней 1939года.

Вторая мировая война США, флот
Вторая мировая война США, флот

В начале 1960-х, механизация (что позволило снизить затраты на единицу), сокращение общих расходов на транспортировку, а также резкое увеличение спроса на электроэнергию привели промышленность к жизни. Рост спроса на электроэнергию в период с 1962 по 1966 год произвела бум в угольной промышленности более чем на 26 процентов. Более мелкие и более эффективной, непрерывные горнодобывающие компании увеличили интенсивность труда, и дальнейшего сокращения расходов. Рост спроса со стороны предприятий электроэнергетической промышленности, в которую вошли более 50 процентов продаж угольной промышленности, привело к двум из самых динамичных десятилетий в истории угольной промышленности в США в 1960 и 1970 годах. Такая динамика привела к концентрации и консолидации отрасли капитала.

пожар на ТЭС США
пожар на ТЭС США

Число предприятий горнодобывающих услуг возросло более чем в два раза: со 191 в 1972 году до 422 в 1982 году. Значительное увеличение производительности труда позволило повысить заработную плату в промышленности и экспортный бум угля с иностранными. Начала зарождаться ядерная энергия, которая была небольшой, но растущей, субсидируемых государством отрасли на данный момент.

разработка угля в США, угольный карьер
разработка угля в США, угольный карьер

Известен способ прогноза выбросоопасности по начальной скорости газовыделения и выходу бурового штыба . Он заключается в поинтервальном бурении шпура длиной не менее 1,5 м, причем первый интервал бурят диаметром 55мм для установки в нем штыбомера, второй и последующие - диаметром 42мм. В измерении с помощью штыбомера выхода бурового штыба при бурении второго и следующих интервалов и последующем измерении в указанных интервалах начальной скорости газовыделения не позднее, чем через 2 мин. После завершения наблюдений по наибольшим значениям начальной скорости газовыделения и выхода бурового штыба по длине каждого шпура определяется показатель выбросоопасности.

Шнеко-буровая машина БУГ для выемки угля в шахтах
Шнеко-буровая машина БУГ для выемки угля в шахтах

Хотя 1970-е годы стали свидетелями спада в угольной производительности, эта тенденция обращена вспять в 1980-х. После жесткой экономии кампании, внедрение систем непрерывного методы добычи и дальнейший прогресс в механизации резки, сверления, а также погрузку, 1980-е годы стали свидетелями возрождения роста производительности и сокращения необходимых работников. В дополнение к относительной трудности рабочих, лидеры отрасли столкнулись с весьма неопределенными и вялым спросом в промышленности, где многие фирмы пытались финансировать большие капиталовложения, необходимые для конкуренции.

Шахтеры Вирджиния-Сити, Невада, США
Шахтеры Вирджиния-Сити, Невада, США

Угольная промышленность США в первые годы первого десятилетия 2000-х годов была сильна, уступая только Китаю в плане добычи угля, но рост был вялым и цены продолжали снижаться. В период с 1994 по 2002 год США добыча угля колебалась между 1,0 и 1,1 млрд тонн. Электроэнергетика остается на сегодняшний день крупнейшие потребители угля, и спрос в этом секторе, как ожидается, останутся неизменными и в будущем. Более половины электроэнергии, потребляемой в Соединенных Штатах генерируется углем.

Памятник шахтеру в Ричленде, Вирджиния, США
Памятник шахтеру в Ричленде, Вирджиния, США

Промышленности был отмечен консолидации более крупные угольные корпорации поглатили более мелкие. В крупные компаниях добыча увеличилась на приобретение этих существующих операций чаще всего за счет открытия новых шахт. В период с 1998 по 2002 год количество шахт США в эксплуатации сократилось с 1828 до 1426. Поверхность шахт, большинство из которых находились в западных штатах, приходится 66 процентов производства в США в первые годы первого десятилетия 2000-х годов. Вайоминг, ведущим государством в плане добычи угля, добываемого 373 000 000 тонн угля в Соединенных Штатах, на которые приходится 34 процентов добычи угля в 2002 году.

угольный карьер в Вайоминге
угольный карьер в Вайоминге

Угольная промышленность США продолжала поддерживать уровень производства все годы первого десятилетия 2000-х годов. Из 1130 тысяч тонн в 2005 году, до 1,16 миллиона тонн в 2006, году и 1,14 миллиона тонн в 2007 году, с поверхностной шахт ответственных за 69 процентов от общего объема производства или 793 600 000 тонн в 2007 году. Общее количество эксплуатационных шахт в США остались относительно стабильными на протяжении десятилетия. Почти 93 процента всего угля, потребляемого в Соединенных Штатах в 2007 году использовалось в электроэнергетике. В середине десятилетия перспективы угольной промышленности США начали увеличиваться благодаря спросу на электроэнергию и в дальнейшем рост американского экспорта угля. На самом деле, колличество экспортируемого угля достигло 59100 тысяч тонн по сравнению с 2006 году до 49,6 млн. тонн, увеличившись на 19,2 процента.

график добычи угля по странам
график добычи угля по странам

По данным отраслевой статистики, по оценкам, насчитывалось 874 предприятий, занимающихся выполнением услуг добычи угля. Для других на договорной основе или за вознаграждение на сумму $ 3,2 млрд. в 2007 году, с отраслевой занятости 21335 шахтеров. Услуги добычи угля была крупнейшей отраслью с 706 компаниями, или почти 81 процентов доли рынка, укрепление $ 2,7 млрд выручки. Другие важные секторы в том числе 22 компании по добыче каменного угля на договорной основе с использованием 1102 шахтеров генерации 87,8 млн. долл. США, 16 бурых горно сервисных компаний, не включенных в другие категории с 297 горняков, которые внесли 85,1 млн. долл. США в нижней строке в отрасли, 15 битумных горно сервисных компаний, не включенных в другие группировки с 803 шахтеров и доходах $ 70,6 млн., и 23 геологоразведочных компаний с использованием 214 шахтеров с выручкой $ 62,1 миллиона.

Угольный карьер в Дера
Угольный карьер в Дера

Хотя число угольных шахт и шахтеров, заметно снизились между 1920 и 2010-х годов, уровень производства и стоимость угольной промышленности продолжала расти. В период между 1985 и концом 2000-х годов, количество шахтеров сократилось почти в два раза (с 169281 до 86000) и количество шахт еще больше - от 3355 в 1985 году до 1485 в 2009 году. Тем не менее, за этот же период производство возросло с 884 млн тонн до 1,07 млрд. тонн в 2009 году. Цена за тонну в зависит от экономических условий и, таким образом, имеет разнообразную стоимость. В конце половине 2000-х годов, в угольной промышленности, наблюдается повышение ценности производства, после повышения цен повысились. В 2002 году общий объем производства был $ 19,7 миллиардов. Значения отклонялись вверх, достигнув уровня в $ 36,6 млрд. в 2008 году до падения на 32,5 млрд. долларов в 2009 году.

Угольный карьер Tahmoor
Угольный карьер Tahmoor

Потребление угля снизился в 2009 году 120 млн. тонн (10,7 процента) от предыдущего года. Снижение было в первую очередь из-за отсутствия хозяйственной деятельности. Потому что около 94 процентов угля используется для питания электроэнергией промышленности, снижением спроса на электроэнергию, в свою очередь, повлияло на спрос на уголь. Тем не менее, прогноз на спрос уголя был положительным в начале 2010-х годов.

угольная электростанция
угольная электростанция

Тем не менее, угольная промышленность сталкивается с проблемами на нескольких фронтах. Во-первых, экологические проблемы из-за чего страдают отрасли. Соединенные Штаты непрерывно ищут лучшие и чистые способы добычи топлива для нации. В дополнение к использованию угля его добыча вызывает экологические проблемы, такие как экологические последствия после разработки пластов. Во-вторых, добыча угля попали под увеличение опасности условий труда. 5 апреля 2010 года, мощный взрыв произошел на высоте 1000 метров под землей на Аппер-Биг-угольной шахты Филиал в Западной Вирджинии. В результате взрыва погибли 29 рабочих, что делает его смертоносным.

Угольная шахта в Западной Вирджинии
Угольная шахта в Западной Вирджинии

 

  Угольная промышленность Китая

Китай занимает первое место в мире по добыче угля (2537 млрд т в 2007 г.) и третье место по его экспорту. Угольная промышленность играет значительную роль в индустриализации страны. Однако она не очень эффективна по сравнению с этой отраслью в ведущих угледобывающих странах. Производительность труда составляет 187 т/чел. против 12 тыс. т в США и 11 тыс. т в Австралии. Отрасль только вступает в период реконструкции и модернизации. В угледобыче преобладают старые и небезопасные шахты, на которых ежегодно гибнет около 6 тыс. чел. в основном из-за утечки газа. Добыча ведется главным образом на мелких шахтах, что в корне отличает китайскую угольную промышленность, например, от европейской или австралийской. Для коренной реструктуризации в стране не хватает капиталовложений и квалифицированной рабочей силы.

Китайские шахтёры
Китайские шахтёры

Страна обладает большими запасами для успешного развития угольной промышленности, находясь по этому показателю на третьем месте в мире. На угольные ресурсы приходится 90 % всех энергетических запасов. Этого должно хватить для добычи угля в течение 70 лет. Месторождения имеются во всех китайских административных единицах первого порядка, кроме Шанхая. 

На территории провинций Шаньси, Шэньси, автономных районов Внутренняя Монголия и Нинся-Хуэйский расположен крупнейший Шаньсинский угольный бассейн. Преобладают малосернистые угли.

 

провинция Шаньси
провинция Шаньси

В достаточном количестве имеются угли, пригодные для коксования. Во Внутренней Монголии открыто несколько крупных месторождений с запасами более 10 млрд т. Самое крупное месторождение находится около г. Датун в пров. Шаньси, где добывается 270 млн т в год.

Датун китай
Датун китай

С 1980-х годов началось строительство новых крупных шахт. Объем добычи полностью удовлетворяет потребности страны в угле. Экспорт в основном ориентирован на внутрирегиональную торговлю, где главными торговыми партнерами Китая стали Япония и Республика Корея. Ведущей статьей в импорте стал коксующийся уголь из США, спрос на который в Китае ежегодно увеличивается. Китай является крупнейшим мировым производителем угольных брикетов — почти 80 % от мирового производства.

шахта Китая, рабочие выносят труп на носилках
шахта Китая, рабочие выносят труп на носилках

По уровню потребления угля Китай находится на первом месте в мире, потребление распределяется следующим образом (в %): электроэнергетика — 40; обрабатывающая промышленность — 30; коксовые батареи — 15; сельское хозяйство — 2; транспорт — 1; прочее — 12.

ТЭС, Китай
ТЭС, Китай
Уголь превращается в дизель, страдает природа

Предполагается, что потребление угля в Китае будет расти и дальше, хотя темпы роста будут значительно меньше. Рост потребления угля вызовет увеличение импорта угля, причем не только коксующегося, но и энергетического. Перспективы развития угольной промышленности Китая основываются на ее модернизации и реструктуризации. В результате появится ряд крупных угледобывающих предприятий, с ежегодным производством более 50 млн т каждое. Основными районами добычи станут северные и северо-западные районы, где добыча угля станет частью интегрированных систем, таких как шахта плюс ТЭС; шахта плюс ТЭС плюс производство алюминия; шахта плюс химическое производство; шахта плюс предприятие стройиндустрии; шахта плюс коксовая батарея плюс газификация угля. В результате реструктуризации планируется закрыть большое число мелких шахт, поэтому будет наблюдаться временное снижение добычи, которое должно компенсироваться растущим импортом. Собственная добыча к 2010 г., вероятно, составит 3 млрд т.

производство алюминия
производство алюминия

Узким местом для угольной промышленности страны стал транспорт, который может ограничить рост добычи. Железные дороги работают на пределе своих возможностей. Перемещение угледобычи в северные и северо-западные провинции, богатые топливно-энергетическими и другими сырьевыми ресурсами, вызвало необходимость строительства новой железнодорожной линии, предназначенной для перевозки пассажиров. Старая ветка будет переориентирована на перевозку только сырьевых грузов. Ввод новой железнодорожной линии планируется на начало следующего десятилетия.

забой угольной шахты Китая
забой угольной шахты Китая

Растущая китайская экономика может настолько увеличить потребление угля, что узким местом станут также и порты по приемке импортного угля. В Китае пока нет соответствующей инфраструктуры, подобной той, что создана в европейских странах. Из существующих угольных портовых терминалов отметим Циньхуандао, пров. Хэбэй, в Ляодунском заливе Желтого моря, с крупнейшим угольным терминалом страны пропускной способностью в 65 млн т, вошедшим в строй в 2006 г., и Циндао, пров. Шаньдун, на побережье Желтого моря. Предполагается строительство еще шести новых угольных портов в провинциях Хэбэй и Шаньдун, а также расширение существующих. Например, грузооборот порта Циньхуандао предполагается увеличить в 3 раза — до 193 млн т.

порт Циньхуандао
порт Циньхуандао

Угольная промышленность Китая очень привлекательна для иностранных инвесторов, так как она отличается высокой прибыльностью за счет дешевой рабочей силы. Американские фонды, в частности пенсионные, охотно инвестируют в китайскую угольную промышленность. Американские инвесторы участвуют в модернизации угледобычи как в виде прямых инвестиций, так и имея доли в создании новых мощностей. Япония и Нидерланды направляют средства для строительства новых шахт в автономном районе Внутренняя Монголия.

внутренняя монголия, Китай
внутренняя монголия, Китай

Одновременно с перестройкой своей угольной отрасли Китай участвует в развитии угольной промышленности в других странах, покупая угольные активы. Так, Китай заменяет импортные поставки поставками принадлежащего ему угля из этих стран. Это стало основой его политики в отношении импорта энергоносителей. В Пакистане Китай предполагает участвовать в строительстве новой угольной шахты на юге страны мощностью 1 млн тв год. Имеются аналогичные планы и для других угледобывающих стран, в частности, Китай приобрел активы в Монголии, Вьетнаме, Австралии, Индонезии и ряде африканских стран. После модернизации китайская угольная промышленность станет важной составной частью мировой энергетики.

Китайский шахтёр
Китайский шахтёр
Китай закроет 2 тыс. угольных шахт

  Угольная промышленность Украины

Угольная промышленность Украины – это многоотраслевой производственно-хозяйственный комплекс. В нем функционируют холдинговые компании, производственные объединения, самостоятельные шахты, производственные объединения по обогащению угля, шахтостроительные комбинаты, заводы угольного машиностроения, развитая сеть научно-производственных объединений, научно-исследовательских, проектно-конструкторских и проектных организаций.

завод угольного машиностроения
завод угольного машиностроения
Угольная промышленность Украины

Средняя глубина разработки на шахтах Украины достигла 635 м. На глубоких (свыше 600 метров) горизонтах в 2000 году работали 105 шахт (48,2%), на долю которых приходилось 47,9% всей добычи угля. На 25 шахтах (11,5%) горные работы велись на глубинах 1000–1300 метров. В перспективе до 2010 года средняя глубина разработки дойдет до 730 метров. Из общего количества шахт Украины, разрабатывающих пласты каменного угля и антрацита и имеющих самостоятельные вентиляционные системы, 74,2% отнесены к сильно газоносным. На 35,7% шахт разрабатываются пласты, опасные из-за внезапных выбросов угля и газа. На 17 шахтах разрабатываются 33 пласта, предрасположенных к горным ударам. До 2010 года количество угрожающих и удароопасных пластов возрастет до 40. За последние три года в Донецком бассейне ежегодно в среднем происходили свыше 80 газодинамических явлений.

шахтёр ведёт выработку угля
шахтёр ведёт выработку угля

На 54 шахтах (25,1%) в очистных и на 53 шахтах (24,7%) в подготовительных забоях температура воздуха превышает предельно допустимую (плюс 26С).

В Украине по состоянию на 1 января 2000 г. эксплуатировались 236 шахт с общей производственной мощностью 109,01 млн. т и 7 разрезов с общей мощностью 3,3 млн. т. Коксующийся уголь добывали 93 шахты с общей мощностью 50,875 млн. т. Балансовые запасы коксующегося угля на действующих предприятиях составляют 4378,95 млн. т, или 44,4% общих балансовых запасов на этих шахтах. В 2000 году в Украине было добыто 80,3 млн. т угля.

Уголь энергетический, коксующийся
Уголь энергетический, коксующийся

В Украине строятся 5 шахт мощностью 7,65 млн. т, на балансе которых числятся запасы угля, составляющие 889,5 млн. т. Объемы строительства новых угольных предприятий невелики.

Угледобывающие предприятия Украины обеспечены запасами угля от одного до 50–60 лет и более. До 2008 года должны быть выведены из числа действующих шахты с производственной мощностью 7,3 млн. т, до 2013 – 11,1 млн. т. В 2014 г. общая производственная мощность шахт (остаются 173 шахты) составит 97 млн. т. Наиболее значительного сокращения запасов можно ожидать в Львовско-Волынском бассейне. Закрываются 4 шахты из 15 с производственной мощностью, составляющей 12% общей производственной мощности бассейна.

Центр Львовско-Волынского угольного бассейна
Центр Львовско-Волынского угольного бассейна

За 1999 год 28 наиболее мощных шахт Донбасса, на балансе которых находятся 1881,5 млн. т угля марок от Д до А, добыли 25,8 млн. т угля. Глубина разработки на этих шахтах изменяется от 435 до 1400 м. Средняя глубина разработки – 808 м. Балансовые запасы угля на глубинах, которые разрабатываются, составляют 1145,6 млн. т, или 61% общих балансовых запасов. Мощность разрабатываемых угольных пластов изменяется от 0,65 до 2,39 м, а преобладающая их мощность превышает 1,0 м.

шахта  Комсомолец  Донбасса
шахта Комсомолец Донбасса
30 лет шахте "Комсомолец Донбасса"

Каменный уголь. Как уже указывалось, каменный уголь распространен главным образом в Донецком и Львовском-Волынском бассейнах.

Равнинные просторы Волыни, с огромными лесными массивами и голубыми озёрами
Равнинные просторы Волыни, с огромными лесными массивами и голубыми озёрами

Мировые компании по добыче угля

В мире существует огромное количество компаний, занимающихся разработками угольных меторождений и добычей угля, о некоторых из них мы расскажем ниже.

Мировая добыча каменного угля в 2007 г
Мировая добыча каменного угля в 2007 г

  Угледобывающая компания Arch Coal

Arch Coal - это американская угледобывающая компания. По уровню добычи занимает в США второе место, уступая только Peabody Energy, с рыночной долей 12%. Компания Arch Coal была образована в 1997 году путём слияния Arch Mineral (основана в 1969 году) и Ashland Coal (основана в 1975 году).

Arch Coal добывает уголь в штатах Вайоминг, Юта, Колорадо, Западная Виргиния, Виргиния и Кентукки. Общий объём добычи составил в 2008 году 137 млн тонн угля. Из угля компании вырабатывается приблизительно 6% всей электроэнергии в США. Суммарные запасы компании составляют 2,8 млрд т. угля.

Угледобывающая компания Arch Coal
Угледобывающая компания Arch Coal

  Угледобывающая компания Consol Energy

CONSOL Energy Inc. - это одна из крупнейших американских угледобывающих компаний. Разведанные запасы составляют около 4,5 млрд т. угля. Годовая добыча составляет около 65 млн тонн угля.

Ежегодный оборот компании составляет около $4,7 млрд. Компания занимает 513 место в списке Fortune 1000. Один из лидеров добычи угля и технологий добычи угля в США. Генеральный директор компании Бретт Харви. Штаб-квартира компании находится в бизнес-парке в пригороде Питтсбурга, штат Пенсильвания.

Угледобывающая компания Consol Energy
Угледобывающая компания Consol Energy

  Угледобывающая компания Peabody Energy

Peabody Energy Corporation - это крупнейшая частная угольная компания мира. Штаб-квартира располагается вСент-Луисе, штат Миссури. Деятельность компании сосредоточена в США, Австралии, Индонезии, Китае,Монголии, Индии. Из угля, добытого компанией, вырабатывается приблизительной 10% электроэнергии в США и около 3% электроэнергии по всему миру.

В 2010 году компания добыла более 220 млн. т. угля. Доказанные и вероятные запасы угля компании составляют 9,013 млрд. т. Капитализация компании превышает $8 млрд (2012 год).

Угледобывающая компания Peabody Energy
Угледобывающая компания Peabody Energy

  Угледобывающая компания Кузбассразрезуголь

Кузбассразрезуголь - это российская угольная компания, вторая в стране по объёму добычи. Полное наименование компании — Открытое акционерное общество «Угольная компания Кузбассразрезуголь». Штаб-квартира — в Кемерове.

«Кузбассразрезуголь»  второй (по объёмам добычи) производитель угля в России. В 2003 году добыча составила 40,036 млн тонн угля. В 2008 году«Кузбассразрезуголь» добыл 50 031,3 тыс. тонн угля. В 2009 году объём добычи снизился до 46 097 тыс. тонн угля, в 2010 добыто 49 миллионов 708 тысяч тонн угля, в 2011 — 47 млн тонн, в том числе коксующихся марок — более 5 млн тонн. План на 2012 — 45 миллионов[3]. Снижение объёма добычи угля происходит планово и объясняется увеличением объёмов вскрышных работ.

административное здание Кузбассразрезуголь
административное здание Кузбассразрезуголь

В 2005 году выручка составила $612,27 млн. Чистая прибыль за этот период — $22,54 млн. Прибыль компании аккумулируется за рубежом, у экспортного трейдера компании KRUtrade. В 2004 выручка Krutrade составила $1,3 млрд, а чистая прибыль — $214 млн.

Численность персонала на конец декабря 2009 года — 20 058 человек, в том числе 13 947 рабочих по добыче угля.

ОАО Кузбассразрезуголь
ОАО Кузбассразрезуголь

  Угледобывающая компания Сибуглемет

Сибуглемет - это российский угледобывающий холдинг, основным бизнесом которого является производство коксующихся углей, используемых в металлургии, предприятия которого в основном расположены в Кемеровской области. Сибуглемет - единственный в России независимый от металлургических компаний производитель коксующихся углей. Основными видами деятельности компании являются: добыча и переработка угля, железнодорожные и автомобильные перевозки, строительство угольных и углеперерабатывающих предприятий, прочая инвестиционная и коммерческая деятельность. 

По данным генерального директора компании Александра Мелихова выручка в 2008 году составила 32,4 млрд руб. В 2009 году выручка составила 20,9 млрд руб (по другим данным 9,6 млрд руб). Прибыль в 2009 году по РСБУ составила 100 млн руб. В 2009 году компания добыла 11,3 млн т угля (из них 3,2 млн т — энергетические).

Угледобывающая компания Сибуглемет
Угледобывающая компания Сибуглемет

Условия залегания угля

Угольное месторождение - это пространственно обособленная площадь распространения угленосной формации, содержащая угольные пласты, разработка которых экономически целесообразна. Границы угольного месторождения обычно определяются контурами эрозионного среза угленосной формации (частей её разреза, включающих рабочие пласты), разрывными нарушениями, приводящими угленосные отложения в контакт с безугольными комплексами пород, литолого-фациальными (например выклинивание угольных пластов) и структурными особенностями залегания угленосных отложений. При наклонном и крутом залегании угленосных отложений границы угольных месторождений на глубине принимаются по горизонту, до которого технико-экономическими расчётами (кондициями) подтверждена целесообразность его разработки. Особенности угленосности угольных месторождений крайне разнообразны: совокупность месторождений охватывает диапазон от однопластовых (по рабочей мощности) до многопластовых с различной мощностью, строением и выдержанностью этих параметров для отдельных пластов.

Угольный пласт выходит на поверхность
Угольный пласт выходит на поверхность

Для угольных месторождений характерны также следующие горно-геологические условия: значительное (десятки км2) площадное распространение угольных пластов (залежей) при преимущественно небольшой их мощности, что определяет относительно крупные размеры площадей шахтных полей, а также вскрываемых и подготавливаемых к отработке участков; резкое различие в вещественном составе и свойствах угля и вмещающих его пород (исключая локальные случаи перехода угля в углистые породы). Почти всем месторождениям каменных и частично бурых углей повышенной степени углефикации присуща метаноносность. Газодинамические явления (интенсивное выделение метана при разрушении угольного массива, внезапные его выбросы с углём или породой) крайне осложняют ведение горных работ.

углистая порода
углистая порода

В промышленное освоение вовлекаются месторождения целиком (в их геологических границах) или частями (крупные месторождения) с запасами угля, обеспечивающими работу угледобывающих предприятий (при установленной проектной мощности) в течение нормативного срока и в перспективе.

Запасы угля в мире
Запасы угля в мире

Различное сочетание характера угленосности и степени нарушенности угольных пластов, а также сложности горно-геологических условий их разработки положено в основу установленной классификации запасов твёрдых пород и группировки угольных месторождений (частей крупных месторождений – самостоятельных объектов разработки) и используется при выборе рациональной методики геологоразведочных работ, геолого-промышленной оценке разведанных объектов.

геологоразведочные работы
геологоразведочные работы

  Угольный бассейн

Угольный бассейн - это крупная по размерам и масштабу углепроявления площадь непрерывного или островного (территориально разобщённого) распространения угленосных формаций, образование которых явилось следствием геологического развития в определённый период истории Земли, единой тектонической структуры. Границы угольного бассейна определяются эрозионным срезом угленосных отложений или крупными разломами, приводящими эти отложения в контакт с неугленосными образованиями. Угольный бассейн подразделяется:

- по возрасту углеобразования в соответствии с принятым геохронологическим делением – на периоды или эпохи (палеозойские, мезозойские, кайнозойские, каменноугольные, пермские, юрские, меловые, палеогеновые и т.п.);

кайнозойская эра
кайнозойская эра

- по условиям торфои углеобразования – на паралические и лимнические;

Геологические условия углеобразования
Геологические условия углеобразования

- по природным типам угля – на буроугольные, каменноугольные и антрацитовые;

Подмосковный буроугольный бассейн
Подмосковный буроугольный бассейн

- по положению угленосных формаций относительно дневной поверхности – на открытые (обнажённые) и закрытые, в которых угленосные формации перекрыты отложениями более молодого возраста.

Район Печерского угольного бассейна
Район Печерского угольного бассейна

Общее число угольных бассейнов мира достигает нескольких сотен, в СНГ известны более 30. Украина обладает Донецким каменноугольным, Днепровским буроугольным, ЛьвовскоВолынским и другими угольными бассейнами. Концентрация запасов во многих угольных бассейнах обеспечивает возможность организации крупномасштабной добычи угля, достигающей десятков и сотен млн. т в год. Промышленное освоение таких угольных бассейнов сопровождается территориальным совмещением угледобывающих предприятий с предприятиями по переработке и использованию добываемых углей и параллельной разработкой месторождений других видов.

Схематическая карта Донецкого каменноугольного бассейна
Схематическая карта Донецкого каменноугольного бассейна

  Угольный пласт

Угольный пласт - это форма залегания ископаемых углей в виде плитои линзообразных тел с небольшой в сравнении с площадью распространения мощностью. В угленосных формациях, образовавшихся в крупных прогибах пригеосинклинальных и складчатых областей (Донецкий, Печорский, Кузнецкий, Карагандинский и другие бассейны), мощность угольных пластов колеблется от десятков сантиметров до нескольких метров (единичных – 10–25 м). При этом мощность многих пластов выдерживается на площадях в десятки и сотни квадратных километров. Внутриплатформенным месторождениям (Подмосковный, Днепровский, Южно-Уральский и другие бассейны) более свойственна линзовидная форма угольного пласта с меньшими (единицы – десятки км2) площадями распространения и большей степенью изменчивости морфологии и мощностей, которая в залежах некоторых месторождений достигает десятков и несколько сотен метров. Угольные пласты могут быть простого (без прослоев различных горных пород) строения, представлены однородными или полосчатыми (из двух и более литотипов) углями. В большей части они имеют сложное строение с различным числом прослоев горных пород. Значительно распространены угольные пласты (залежи) очень сложного строения, представленные многократным чередованием в их разрезе слоев угля и горных пород. Контакты угля с вмещающими пластами, породами могут быть резкими с отчётливо выраженным ритмичным переслаиванием.

Южно-Уральский каменноугольный бассейн
Южно-Уральский каменноугольный бассейн

На общей площади распространения почти любого угольного пласта выделяются разномасштабные (по размерам) зоны: слитного (компактного), умеренно расслоенного состояния, интенсивного расщепления и выклинивания.

Канско-Ачинский буроугольный бассейн
Канско-Ачинский буроугольный бассейн

На многих месторождениях Кузнецкого, Канско-Ачинского и других бассейнов, месторождениях Забайкалья на выходах угольных пластов развиты зоны древнего выгорания угля, которые распространены на глубину от десятков до сотни метров и простираются от сотен метров до десятков километров.

кузнецкий каменноугольный бассейн
кузнецкий каменноугольный бассейн

В практике подземной разработки углей и соответственно разведки и геолого-экономической оценки угольных месторождений угольные пласты по углу падения и мощности подразделяются на следующие группы: по углу падения – пологие (до 18 градусов), наклонные (19–35 градусов), крутонаклонные (36–55 градусов) и крутые (56–90 градусов); по мощности – весьма тонкие (до 0,7 м), тонкие (0,71–1,2 м), средней мощности (1,25–3,5 м), мощные (более 3,51 м). В разработке каменных углей значительная доля подземной угледобычи приходится на тонкие пласты. Нижний предел рабочей мощности угольных пластов (каменные коксующиеся угли) в Донбассе – до 0,5–0,55 м для пластов, содержащих угли особо ценных марок (Ж, К, ОС), и до 0,6 м для пластов, содержащих угли других используемых для коксования марок. Для подсчёта запасов бурых углей наименьшая мощность угольного пласта устанавливается в пределах 1–1,3 м.

донбасс уголь, транспортировка угля
донбасс уголь, транспортировка угля

В общем числе угольных пластов мощностью более 1 м, заключённых в 163 разведанных месторождениях СНГ с мощными и сверхмощными угольными пластами, количество пластов с мощностью более 10 м составляет 9,6%, более 30 м – 2,3% (1985). Содержащиеся в таких пластах запасы угля составляют около 30% общих разведанных в СНГ балансовых запасов. Эти угольные пласты являются объектами эффективной открытой разработки. Самые уникальные по мощности угольные пласты заключены в Экибастузском бассейне (до 160 м), в месторождениях Коркинском, Ангренском (до 200 м), Бабаевском (до 125 м) и Хабаровском (100 м) Южно-Уральского бассейна, Кзыл-Тальском (до 165 м) Тургайского бассейна. В других странах наибольшей мощности угольные пласты достигают на месторождении Фушунь в КНР, в бассейне Латроб-Валли в Австралии, на месторождении Хат-Крик в Канаде (соответственно 200, 340 и 450 м).

Схема разработки Экибастузского месторождения (Казахстан)
Схема разработки Экибастузского месторождения (Казахстан)

Угол падения и мощность угольного пласта в значительной степени определяют системы его разработки и способы управления кровлей в очистных забоях, механизацию очистных работ и т. п.

В Куйбышево залежи угля не редеют

Способы добычи угля

Уголь добывается из недр Земли с помощью либо открытых горных выработок, либо шахтных. Каждое угледобывающее предприятие имеет земельные и горные отводы, вскрытые и подготовленные к выемке кондиционные запасы, обеспечивающие нормальное развитие горных работ на длительный период.

открытая выработка угля
открытая выработка угля

Основными горными выработками открытой разработки угля являются капитальные траншеи, обеспечивающие доступ к угольному месторождению, и разрезные траншеи, подготавливающие карьерное поле к вскрышным и добычным работам.

  Открытый способ добычи угля (угольный разрез)

Открытая разработка месторождений обеспечивает более высокую степень извлечения угля из недр, большую производительность труда и мощность предприятия, улучшение условий труда по сравнению с шахтной добычей. Применение открытой системы разработки предпочтительнее, когда пласты угля имеют большую мощность и залегают на сравнительно малой глубине.

Бестранспортная схема разработки нижнего уступа на Березовском разрезе (Кузбасс, Россия)
Бестранспортная схема разработки нижнего уступа на Березовском разрезе (Кузбасс, Россия)

Работа угольной промышленности связана с ухудшением экологической обстановки в районах добычи и переработки угольной продукции. Только в угольных районах Украины имеются более 1200 породных отвалов, около 200 шламовых отстойников и илонакопителей, содержимое которых не только занимает огромные территории, но и загрязняет водные и воздушные бассейны районов расположения шахт, углеобогатительных фабрик, коксохимических заводов.

Шагающий экскаватор, применяемый для вскрышных работ
Шагающий экскаватор, применяемый для вскрышных работ
Роторный экскаватор для добычных работ на разрезах
Роторный экскаватор для добычных работ на разрезах
Схемы вскрытия свиты пластов при шахтной разработке месторождения
Схемы вскрытия свиты пластов при шахтной разработке месторождения
Общий вид шахтной поверхности со сблокированными зданиями и сооружениями
Общий вид шахтной поверхности со сблокированными зданиями и сооружениями

Открытый способ добычи природных каменных материалов применялся еще в глубокой древности. На протяжении нескольких тысячелетий его развитие сдерживалось мускульным характером труда, примитивностью орудий. Изобретение пороха, а затем взрывчатых веществ позволило механизировать наиболее трудоемкий процесс – отделение скальных горных пород от массива, но отсутствие эффективных погрузочно-транспортных средств сдерживало широкое применение открытых разработок, и только с началом создания карьерной техники, способной механизировать основные производственные процессы (выемку, погрузку, транспортирование горной массы, отвалообразование), стало возможным развитие этого прогрессивного способа добычи. В конце XIX века в карьерах появились экскаваторы, ставшие основным классом машин для открытой разработки месторождений.

Открытый способ добычи каменного угля
Открытый способ добычи каменного угля

В ХХ веке разработка и освоение необходимой высокопроизводительной техники позволили полностью механизировать разработку угольных месторождений открытым способом. В настоящее время открытая система разработки угля и других полезных ископаемых широко применяется в мире. В Украине путем открытой разработки добываются бурые угли Днепровского месторождения.

Днепровское месторождение угля
Днепровское месторождение угля

Основные технологические процессы открытой разработки угля включают подготовительные работы (создание фронта вскрышных и добычных работ), добычу, транспортировку, складирование и отгрузку угля потребителям.

  Шахтный способ добычи угля

Несмотря на интенсивное развитие в ХХ веке разработки залежей угля открытым способом, шахтный способ к концу столетия обеспечивал около 70% добычи каменных и 10% добычи бурых углей. В связи с отработкой вышестоящих горизонтов глубины угольных шахт в настоящее время доходят до отметок 1300–1500 м.

шахтный способ добычи угля
шахтный способ добычи угля

Шахта представляет собой производственное предприятие, имеющее подземное хозяйство и поверхностный технологический комплекс.

Подземное хозяйство шахты состоит из сети вертикальных или наклонных стволов, капитальных подземных выработок (уклонов, бремсбергов), подготовительных и очистных забоев (штреков откаточных, вентиляционных, добычных лав), добычной техники (очистные комплексы), транспортных устройств перемещения угля, породы и грузов, а также выдачи их на поверхность и др.

угольный забой
угольный забой

Поверхностный комплекс шахты включает здания и сооружения, обеспечивающие ее энергоснабжение, вентиляцию горных выработок, приемку угля и породы, выдаваемых из шахты, обогатительную установку или фабрику, породное и шламовое хозяйство.

шлам угольный
шлам угольный

    Камерно-столбовая разработка угля

Камерно-столбовая разработка уходит корнями в далекое прошлое, это, можно сказать, самый древний способ добычи угля. Эта разработка оказалась самой правильной и точной в отношении предупреждения обвалов в шахтах. Этот метод достаточно эффективен и дает отличные результаты. Его используют для добычи угля в самых разных странах. Применять его целесообразно в случаях, когда пласты залегают не слишком глубоко в землю, чтобы опоры могли выдержать давление.

Камерно-столбовая разработка угля
Камерно-столбовая разработка угля

 

Перед альтернативным методом этот имеет ряд определенных преимуществ. Он более безопасен, гибок и прост, однако при этом важно учитывать также и его недостатки. Они заключаются в том, что выемка угля происходит не полностью, обычно до 60% залежей. Если использовать выемку в качестве второй стадии, то добычу можно поднять и до 90%. Такой способ может применяться вне зависимости от уровня технологичности оборудования.

Схема камерно-столбовой разработки
Схема камерно-столбовой разработки

 

Здесь уголь извлекается при помощи специальных машин для выемки непрерывным способом. Однако иногда также применяют и метод взрыва. Из оборудования для транспортировки здесь применяется ленточный конвейер, либо автотранспорт. Для такого метода также характерно использование оборудования для непрерывной выемки угля. При таком способе важно применять металлические или деревянные опоры, таким образом, это удерживает кровлю штрека. Иногда также используются машины для постановки анкерной крепи, поскольку они способны одновременно и укреплять кровлю, защищая ее от обвалов в пустотах, и производит выемку ископаемого угля.

 

рабочий в угольном штреке
рабочий в угольном штреке

 

Обычно для транспортировки его под землей применяют локомотивы на электрической тяге, которые работают либо от аккумуляторов, либо от энергии, поступаемой через составной кабель. Также используют и локомотивы на дизельной тяге, благодаря которым достигается особая гибкость. Гибкий секционный конвейер отлично заменяет автомобильный автотранспорт. Таким способом для рабочих обеспечивается большая безопасность.

конвейер транспортировки угля
конвейер транспортировки угля

    Разработка угля лавами

Разработка лавами известна уже более 200 лет, что говорит о том, что появление такого метода добычи угля стало следствием улучшения механизации и технологий. Этот метод имеет два основных преимущества: он не требует больших трудозатрат, соответственно, число работников, привлеченных к процессу меньше, а также высокая производительность. Также играет значение тот факт, что выемка ископаемого угля происходит в более полной мере. А теперь отрицательные стороны. Данный метод требует больших капиталовложений на организацию, а также он подходит только в тех случаях. Когда залежи угля большие, и спрос на рынке на данный продукт не упадет. В противном случае весь процесс не окупится, поскольку стоимость затрат может составлять до двадцати миллионов долларов.

Разработка угля лавами
Разработка угля лавами

 

Использование такого метода подразумевает намеренное обрушение пород. Подъездные пути укрепляются при помощи колонн. Гидравлические опоры выдерживают большой вес кровли, таким образом для рабочих обеспечивается безопасность. При разработке используются выемочные комбайны, обычно с электротягой, ленточные конвейеры для транспортировки и прочая техника для добычи угля.

 

Гидравлические опоры шахты
Гидравлические опоры шахты

  Гидравлическая добыча угля

Гидравлическая добыча угля - это процесс подземной выемки угля, его транспортировки и подъёма на поверхность с использованием жидкостных струй. В качестве источника жидкости чаще используется приток подземных вод в шахту.

Гидравлическая добыча угля
Гидравлическая добыча угля

Результаты научно-исследовательских и экспериментальных работ в области изыскания новых методов разрушения и средств выемки полезных ископаемых, выполненных в СССР, а затем в СНГ и за рубежом, показывают, что для этих целей могут быть эффективно использованы высокоскоростные жидкостные струи.

Применение струй в качестве инструмента разрушения в исполнительных органах очистных и проходческих комбайнов представляет особый интерес. При этом наблюдается постоянный рост в разработке техники и технологии разрушения угля, горных пород высокоскоростными струями непрерывного, пульсирующего и импульсного действия.

схема высокоскоростной жидкостной струи
схема высокоскоростной жидкостной струи

Гидравлический способ добычи угля является одним из перспективных в этом отношении. Он был впервые применен в СССР на угольной шахте Кизила в 1936—1937 годах, а промышленное его использование в угольной промышленности страны началось практически с 1952 года. В Кузнецком, Донецком и Карагандинском бассейнах гидравлическим способом за период с 1952 по 1980 год включительно было добыто более 150 млн. тонн угля. В последующие годы в этих бассейнах добыча угля гидравлическим способом производилась на 9 гидрошахтах и одном гидроучастке на шахте обычной технологии.

Добыча угля в Кизиле
Добыча угля в Кизиле

В настоящее время гидравлическая добыча угля определилась как самостоятельное технологическое направление. Она отличается малооперационностью технологического процесса, высокой производительностью труда, низкой себестоимостью, улучшением труда и безопасности ведения горных работ в очистных и подготовительных забоях.

Горные угольные работы
Горные угольные работы

Механогидравлическая выемка с успехом может применяться при добыче крепких, малотрещиноватых углей, где механическая и гидроотбойка малоэффективны, и обладает более низкой энергоемкостью. К недостаткам механогидравлической выемки угля относятся: непрерывный контакт рабочего органа комбайна с забоем, трудоемкость замены изношенного инструмента (зубцов), ограниченность выемки по углу падения пластов, зависимость производительности от абразивности горных пород.

уголь с трещинами
уголь с трещинами

Вместе с тем хотелось бы также отметить, что механогидравлическая отбойка по сравнению с обычной не зависит или в меньшей степени зависит от горно-геологических нарушений, обеспечивает отработку наклонных пластов, обладает меньшими производственными затратами со значительным снижением травматизма и трудоемкости работ.

шахтёры на выработке
шахтёры на выработке

Оборудование для добычи угля

В настоящее время не возможна разработка угольных месторождений без современной техники, о которой пойдёт речь в этом разделе.

Роторный экскаватор на открытой разработке угля
Роторный экскаватор на открытой разработке угля

  Оборудование для добычи угля подземным способом

В настоящее время добычу угля, руд черных и цветных металлов и других полезных ископаемых в основном ведут механическим и буровзрывным способами. Другие способы - физический, химический, гидравлический широкого распространения не получили. Номенклатура применяемого на шахтах и рудниках оборудования обширна, и включает в себя бурильные машины, проходческие и очистные комбайны, механизированные комплексы, погрузочные и погрузочно-доставочные машины, конвейеры и другие средства механизации основных и вспомогательных производственных процессов.

добыча угля под землей
добыча угля под землей

    Шахтные бурильные установки

При буровзрывном способе проходки (проведении) горных выработок, а также выемке полезных ископаемых основными средствами механизации являются бурильные машины и установки, предназначенные для бурения шпуров и скважин и применяемые в комплексе с погрузочными, погрузочно-доставочными и другими машинами и механизмами. 

Шпуры - это цилиндрические полости, выполненные в горном массиве глубиной до 5 м и диаметром до 85 мм. Шпуры большего диаметра или большей длины принято называть скважинами. Горные машины, предназначенные для бурения шпуров, называются бурильными машинами и установками. Горные машины, предназначенные для бурения скважин, называются буровыми станками. 

Установка переносная бурильная УБП-1Б
Установка переносная бурильная УБП-1Б

Станок буровой СБУ 200М предназначен для бурения дегазационных и технических скважин по углю с включением породы и по породе крепостью до 8 ед. по шкале проф. Протодьяконова с глубиной скважины до 200 м.

Установка бурильная шахтная УБШ 501АК на пневмоколесном ходу
Установка бурильная шахтная УБШ 501АК на пневмоколесном ходу

Станок буровой БЖ45-100Э предназначен для бурения скважин по углю с включением породы при проведении работ по увлажнению 95 угольного массива. Станок может быть применен для бурения технических скважин (водоспускные, вентиляционные).

Буровые станки вращательного действия
Буровые станки вращательного действия

а - СБУ 200М, б - БЖ45-100Э 

Станки буровые БУ-80НБ, БУ-80НБ-01, БУ-80НБ-02 предназначены для бурения взрывных скважин диаметром 52…85 мм при подземной разработке полезных ископаемых с коэффициентом крепости f 6…20 ед. 

Буровой станок вращательно-ударного действия БУ-80НБ
Буровой станок вращательно-ударного действия БУ-80НБ

Буровая машина предназначена для бурения взрывных скважин при подземной разработке полезных ископаемых диаметром до 105 мм и глубиной 50 м в породах и рудах с коэффициентом крепости f=6-20 по шкале проф. М.М. Протодъяконова погружными пневмоударниками.

Буровой станок СТО-100 с погружным пневмоударником
Буровой станок СТО-100 с погружным пневмоударником

Буровой инструмент для вращательного бурения состоит из витых или сплошных буровых штанг и резцов. Буровая штанга состоит из хвостовика, тела буровой штанги, головки с отверстиями для закрепления резца и крепежного штифта. 

Цельный бур с витой штангой и резцом на конце
Цельный бур с витой штангой и резцом на конце
Резцы угольные и породные для вращательного бурения
Резцы угольные и породные для вращательного бурения

    Проходческо-добычные комбайны

Проходческие и проходческо-добычные комбайны и комплексы нашли широкое применение на шахтах и рудниках при проведении горных выработок по породам с коэффициентом крепости f до 8 ед. и добыче сланцев, калийных солей, марганцевых руд короткостолбовыми системами.

Проходческий комбайн ПК-2М
Проходческий комбайн ПК-2М
Комбайн проходческий 1ГПКС со стреловидным исполнительным органом
Комбайн проходческий 1ГПКС со стреловидным исполнительным органом
Комбайн проходческий КПУ со стреловидным исполнительным органом
Комбайн проходческий КПУ со стреловидным исполнительным органом
Проходческий комбайн ПК8МА с роторным исполнительным органом
Проходческий комбайн ПК8МА с роторным исполнительным органом
Проходческо-очистной комбайн Урал-20Р с планетарным исполнительным органом
Проходческо-очистной комбайн Урал-20Р с планетарным исполнительным органом
Проходческий комбайн КПА со шнековым исполнительным органом
Проходческий комбайн КПА со шнековым исполнительным органом

    Очистные комбайны

Большое влияние на конструкцию очистных комбайнов оказывают разнообразные горно-геологические условия, основным из которых является мощность угольного пласта, измеряемая от кровли до почвы пласта. Очистной комбайн, работая в комплексе с механизированной (индивидуальной) крепью и конвейером в соответствии с состоянием кровли и почвы извлекает пласт определенной мощности. Она может быть меньше или больше мощности всего пласта и называется вынимаемой мощностью пласта.

Узкозахватный очистной комбайн
Узкозахватный очистной комбайн
Комбаин Континиус Маинер
Комбаин Континиус Маинер

    Струговые установки

Струговая выемка угля является оптимальной при разработке тонких пластов. На тонких пластах комбайн зачастую захватывает немало породы. В итоге доля чистого товарного угля в выдаваемой «на-гора» продукции снижается на десятки процентов, тогда как струг способен обеспечить высокое качество добычи с минимальными присечками породы. Кроме того, струг способствует повышению безопасности труда шахтеров на сверхкатегорийных по газу шахтах. Еще одно достоинство струга экономическая эффективность, обуславливаемая его собственной относительно небольшой стоимостью и высокой производительностью. 

Струг отрывного типа
Струг отрывного типа

1 - ограничитель, 2 - подконвейерная плита, 3 - устройство для монтажа цепи, 4 - направляющая, 5 - очистная направляющая.

Струг скользящего типа
Струг скользящего типа

1 - исполнительный орган, 2 - направляющая 3 - рештак конвейера. 

  Оборудование для добычи угля открытым способом

Для разработки угольных разрезов применияют такие машины как роторные экскаваторы, погрузчики, буровые установки и другие.

добыча угля открытым способом
добыча угля открытым способом

    Буровые станки для открытых работ

Буровзрывные работы - это комплекс бурения и взрывания скважинных зарядов. Бурение скважин на уступе осуществляется в один, два или три ряда при помощи станков. 

Буровые станки для открытых работ
Буровые станки для открытых работ

    Выемочно-погрузочные машины

Выемка и погрузка горных пород - отделение от массива мягкой или предварительно разрыхленной крепкой породы с последующей погрузкой в средства транспорта или непосредственно в отвал. В качестве основных средств механизации используются экскаваторы, в этом случае выемка и погрузка сливаются в один процесс – выемочно погрузочные работы. 

Экскаватор - это самоходная машина цикличного или непрерывного действия. Они могут быть одноковшовые и многоковшовые. Экскаваторы цикличного действия (одноковшовые) последовательно выполняют операции копания и перемещения горной массы в ковше, поворачиваясь вокруг своей оси. Многоковшовые экскаваторы непрерывного действия (цепные, роторные) производят выемку и погрузку горной массы в результате перемещения ковшей по круговой траектории. 

Экскаватор ЭКГ-12 с оборудованием прямой лопаты
Экскаватор ЭКГ-12 с оборудованием прямой лопаты
Экскаватор ЭО-5116-1 с оборудованием обратной лопаты
Экскаватор ЭО-5116-1 с оборудованием обратной лопаты
Гидравлический экскаватор CAT с оборудованием прямой лопаты
Гидравлический экскаватор CAT с оборудованием прямой лопаты
Драглайн ЭШ 15 90
Драглайн ЭШ 15 90

Важнейшими типами многоковшовых экскаваторов являются цепные и роторные. 

Экскаватор цепной продольного копания ЕМ-201
Экскаватор цепной продольного копания ЕМ-201

Цепные многоковшовые роторные экскаваторы имеют рабочий орган ковшовую раму, которая служит для направления цепи с ковшами. Рама одним концом шарнирно закреплена на корпусе, а другой ее конец подвешен на укосине и полиспастах. Выемка породы в забое производится ковшами, которые прижимаются к забою весом рамы. Емкость ковшей – от 250 до 4500 л. Производительность экскаваторов составляет от 800 до 10 000 м3/ч. Передвижение осуществляется за счет железнодорожного, гусеничного или шагающего хода. 

Роторный экскаватор ЭРП 1250
Роторный экскаватор ЭРП 1250

На карьерах с годовым объемом работ до 3 млн. т и расстоянием транспортирования 0,3–0,5 км в качестве основного выемочно-погрузочного оборудования используются колесные скреперы и одноковшовые погрузчики.

Самоходный скрепер МоАЗ 6014
Самоходный скрепер МоАЗ 6014

Одноковшовый погрузчик представляет собой колесное самоходное шасси с опускающейся стрелой, на конце которой шарнирно закреплен ковш. Современные погрузчики типа ПГ-10, ПГ-15, ПГ-25 имеют ковш вместимостью соответственно 6; 7,5 и 14,25 м3.

Фронтальный погрузчик МоАЗ 40485
Фронтальный погрузчик МоАЗ 40485
Фронтальный погрузчик ТО-11А на базе колесного трактора К-702
Фронтальный погрузчик ТО-11А на базе колесного трактора К-702

Транспортировка угля

Транспортируют уголь как в шахте так и вне её пределов, ниже мы опишем какими средствами и способами происходит транспортировка угля.

перевозка угля по реке Огайо
перевозка угля по реке Огайо

  Транспортировка угля в шахте

В истории развития средств транспортирования угля в лавах в послевоенный период могут быть выделены три основных этапа.

транспортировка угля вагонетками
транспортировка угля вагонетками

    Транспортировка угля качающимися конвейерами

Этот этап характеризуется тем, что в лавах в качестве основного транспортного средства использовались качающиеся конвейеры с приводом ПК-19. Основные усилия машиностроителей направлялись на увеличение выпуска таких конвейеров. Но уже тогда, в связи с применением комбайнов «Донбасс» были начаты работы по замене качающихся конвейеров скребковыми.

Качающийся конвейер
Качающийся конвейер

После освобождения Донбасса от фашистских оккупантов в шахтах уцелело очень мало качающихся конвейеров, пригодных к работе.

На конец 1945 г. число работавших конвейерных приводов составило по сравнению с 1940 г. только 36,7%.

До 1950 г. работы по усовершенствованию качающихся конвейеров продолжались.

шахтный скребковый конвейер
шахтный скребковый конвейер

В 1946 г. В. Е. Мирошниченко предложил качающийся конвейер, снабженный рядом дополнительных телескопических рештаков, расположенных со стороны забоя на некотором расстоянии друг от друга под небольшим углом к основному рештачному ставу. Применение этой конструкции позволяло не переносить их после каждого цикла выемки за счет постепенного выдвижения телескопических рештаков. Однако этот конвейер распространения не получил.

Схема качающегося конвейера
Схема качающегося конвейера

Новые способы соединения рештаков качающегося конвейера были предложены М. Б. Старобиным и И. П. Кравцовым в 1947 г.

В 1946 г. Е. Т. Абакумов получил авторское свидетельство за специальный качающийся конвейер, устанавливаемый у груди забоя и предназначенный для взрывонавалки.

Продолжались работы по усовершенствованию на базе качающегося конвейера погрузчиков типа «утиный нос». Однако судьба качающихся конвейеров была решена. На смену им пришли более прогрессивные скребковые конвейеры.

Конвейер скребковый серии СПЦ230
Конвейер скребковый серии СПЦ230

    Транспортировка угля скребковыми конвейерами

Этот этап характерен созданием разборных переносных одноцепных и двухцепных скребковых конвейеров. Уже в 1949 г. количество работавших в шахтах качающихся конвейеров резко сократилось. Им на смену пришли скребковые конвейеры. В это же время начались работы по автоматизации этих конвейеров, а также совершенствуются способы транспортирования угля на крутых и наклонных пластах путем применения листов ДонУГИ и эмалированных рештаков.

Конвейер скребковый
Конвейер скребковый

В это же время создаются новые скребковые конвейеры, мощные двух-приводные, передвижные, оснащенные круглозвенными цепями.

Третий этап (1961 г. по настоящее время) характеризуется широким распространением передвижных скребковых конвейеров, имеющих более совершенную конструкцию и лучшее качество изготовления, созданием работоспособной аппаратуры для автоматизации их, появлением первых тормозных скребковых конвейеров для наклонных пластов, разработкой и успешным испытанием добычных комплексов механизирующих все основные производственные процессы в лавах.

Конвейер шахтный скребковый изгибающийся передвижной
Конвейер шахтный скребковый изгибающийся передвижной

 

К 1945 г. был накоплен достаточный опыт массового применения скребковых конвейеров на шахтах Подмосковного и Кузнецкого бассейнов. Особенно быстро внедрялись они на шахтах Подмосковья. 

Основными преимуществами скребковых конвейеров перед качающимися являются: лучшая приспособленность для тяжелых условий работы в лавах, возможность транспортирования не только по горизонтали и падению, но и по восстанию, пригодность для агрегатной работы с различными выемочными машинами, а также для взрывонавалки, возможность реверсирования для подачи в лаву материалов, меньший шум в работе и др.

Шахта Подмосковная
Шахта Подмосковная

В 1945 г. на шахте «Новомоспино» комбината «Донецкуголь» начал работать первый скребковый конвейер СТ-11 (скребковый транспортер, 11 кет), изготовленный на Анжерском заводе «Свет шахтера». Применение этих конвейеров позволило значительно повысить производительность лавы и облегчить труд навалоотбойщиков. Это послужило основанием для организации серийного производства скребковых конвейеров на Луганском заводе им. Пархоменко и Харьковском «Свет шахтера».

руины завода им. Пархоменко в Луганске
руины завода им. Пархоменко в Луганске

В 1946 г. создается конвейер СТ2-11. У пего была меньшая высота приводной станции (560 мм против 740 мм). Это позволило шире применять скребковые конвейеры в условиях шахт Донбасса.

Конвейеры типа СТ.2-11 не позволяли механизировать подачу материалов (главным образом крепежных) в лаву с откаточного штрека, так как не реверсировались.

В 1947 г. институт Гипроуглемаш разработал реверсивный скребковый конвейер СКР-11 (скребковый конвейер реверсивный, 11 кет).

НИИ Гипроуглемаш
НИИ Гипроуглемаш

За коренные усовершенствования скребковых конвейеров и способов транспортировки угля в длинных лавах шахт, обеспечившие значительное повышение добычи угля, группа работников угольной промышленности в 1947 г. была удостоена Государственной премии: С. X. Клорикьян, Ф. Г. Савлуков, Н. Д. Самойлюк и А. О. Спиваковский.

Нишевыемочный агрегат ABH. C. X. Клорикьян
Нишевыемочный агрегат ABH. C. X. Клорикьян

В 1947 г. прекращается выпуск конвейеров СТ2-11 и начато серийное изготовление конвейеров СКР-11. В том же году Гипроуглемаш разработал конвейер для тонких пластов СКТ-6 (скребковый конвейер для тонких пластов, 6 кет). Главная его особенность - малая высота средней части (70 мм) и привода (413 мм), что достигнуто за счет размещения обеих ветвей тяговой цепи в горизонтальной плоскости.

скребковый конвейер для тонких пластов
скребковый конвейер для тонких пластов

В 1948 г. СКТ-6 испытан на шахте № 19 треста «Рутченковуголь». Установили, что область его применения - пласты мощностью от 0,4 до 0,7 м.

С 1949 г. на Харьковском заводе «Свет шахтера» начато серийное изготовление конвейеров СКТ-6, а в 1960 г. появились модификации их - СКТ2-6 и СКТд-6. Конвейеры для тонких пластов стали быстро распространяться в Донбассе, и на 1 января 1950 г. в работе их находилось 229, а через год - 460.

Харьковский завод Свет шахтера
Харьковский завод Свет шахтера

К этому же периоду относятся попытки создания скребковых конвейеров для тонких пластов с иными конструктивными схемами, например, двухцепных конвейеров типа СКТД, имеющих пространственную трассу для холостой ветви. На приводе и натяжной станции цепи конвейера огибают звездочки, расположенные на горизонтальных валах. На холостой ветви цепи отводятся по криволинейным направляющим и ложатся в желоб, расположенный на почве рядом с желобом рабочей ветви.

Конвейер шахтный скребковый, двухцепной, разборный
Конвейер шахтный скребковый, двухцепной, разборный

В другой конструктивной схеме скребковых конвейеров для тонких пластов ветви тяговой цепи замыкаются в плоскости, наклоненной к плоскости пласта под углом в 45°.

Обе схемы очень сложны и поэтому распространения не получили. Осталась только схема с горизонтально замкнутой цепью.

В 1952 г. за создание и внедрение скребковых конвейеров в очистных забоях на тонких угольных пластах группа работников угольной промышленности была награждена Государственной премией, в том числе: А. В. Докукин, С. X. Клорикьян, Н. Д. Самойлюк, Г. К. Шкель и др.

Комбайн очистной для тонких пластов
Комбайн очистной для тонких пластов

В 1948 г. Харьковский завод «Свет шахтера» приступил к серийному выпуску двухцепных скребковых конвейеров СТР-30 (скребковый транспортер, 30 кет), а несколько позднее - модернизированных СТР-ЗОМ. Конвейеры этого типа оснащены стандартной штампованной разборной цепью, но их рештачный став сделан более" прочным и жестким, так как он рассчитан для взрывонавалки и перемещения по нему врубовой или врубопогрузочной машины. Конвейер СТР-ЗОМ применялся также в комплексе с комбайнами «Донбасс-1».

скребковый транспортер
скребковый транспортер

При взрывонавалке конвейер СТР-ЗОМ устанавливался непосредственно у груди забоя, а при работе в комплексе с комбайнами типа «Донбасс-1» - на второй дороге. В 1958-1959 гг. выпущена опытная партия конвейеров СТР-3) на круглозвенных цепях (конвейер КСК-30). Они применялись на шахтах трестов «Несветайантрацит» и «Эстонсланец».

Эстонсланец
Эстонсланец

В 1956 г. скребковыми конвейерами транспортировалось 64,7% добытого в Донбассе угля, собственным весом -134,5% и прочими способами - всего лишь около 0,8%. В последующие годы это соотношение изменялось незначительно. Уровень механизации транспортирования угля в лавах Донбасса к 1950 г. достиг 100%.

При разработке наклонных пластов спуск угля вдоль очистного забоя осуществляется самотеком по почве или по листам (рештакам), которые переносятся на новую дорогу обычно вручную.

наклонный пласт угля
наклонный пласт угля

ДонУГИ разработана и в 1952-1953 гг. на ряде шахт Донбасса была внедрена технология выемки угля комбайном «Донбасс», при которой механизировалось и передвижение листов вслед за комбайном. Листы ДонУГИ - это однобортные рештаки, которые укладывались внахлестку на почву вплотную к груди забоя. Они имели шарнирную связь и могли поворачиваться относительно друг к другу в плоскости пласта. Комбайн, как при работе, так и при спуске, двигался по листам. Одновременно с выемкой угля при помощи клинового устройства, связанного с комбайном, перемещались на новую дорогу. Применение листов ДонУГИ позволило повысить производительность труда рабочего по лаве в 1,3-1,5 раза.

Очистной комбайн широкозахватный типа Донбасс
Очистной комбайн широкозахватный типа Донбасс

В 1955-1956 гг. но инициативе группы конструкторов Луганского института Донгипроуглемаш на наклонных пластах начато внедрение самотечного транспорта в лавах при помощи эмалированных рештаков. Покрытие эмалью рабочей поверхности рештаков снижает коэффициент сопротивления движению угля, позволяет уменьшить минимально допускаемые углы самотечного спуска и расширить область применения этого простого и эффективного способа транспорта.

Здание института Донгипроуглемаш
Здание института Донгипроуглемаш

В 1955 г. опытную партию эмалированных рештаков (конвейер СКР-11) установили на шахте № 67, а в 1956 г.- на шахте им. Ленина (Луганская область). Результаты испытаний послужили основанием для выпуска эмалированных рештаков специальной конструкции типа РЭ, нашедших широкое распространение в Донбассе и других угольных бассейнах.

Испытания РЭ показали, что транспорт антрацита по ним возможен при угле падения пласта в 11°, а каменного угля - 17°, в то время, как на металлических рештаках без покрытий эти углы равны были 17-18° и 24-25°. Эмалевое покрытие не только уменьшает коэффициент сопро¬тивления, но и в значительной степени предохраняет рештаки от коррозии и износа.

Рабочий в шахте им. Ленина  в Луганске
Рабочий в шахте им. Ленина в Луганске

В 1957 г. изготовлено 3000 шт. рештаков РЭ. В 1958 г. Луганский завод, им. Артема покрыл эмалью 100 тыс. рештаков.

Для повышения срока службы рештаков на Харьковском заводе «Свет шахтера» экспериментальные скребки снабжались сменными дубовыми вставками, которые, как предполагалось, должны были «принимать на себя» износ. Но эти скребки оказались недолговечными, что воспрепятствовало их распространению.

Луганский завод им. Артема
Луганский завод им. Артема

Оригинальную конструкцию рештака разработал институт ВНИИПТ-Углемаш. Рештак выполнен в виде оборудованного поперечными связями и продольными бортами жесткого каркаса и сменного днища, прикрепленного к связям. Но эта конструкция, отличающаяся большой сложностью, реализована не была.

В первых партиях скребковых конвейеров СКР-11 верхние и нижние рештаки изготовлялись разных конструкций. В дальнейшем рештаки были унифицированы, что на 20-25% уменьшило трудоемкость переноски конвейеров, так как при переноске верхние рештаки укладываются на нижнюю ветвь, а нижние - на верхнюю.

Рештаки для скребковых конвейеров
Рештаки для скребковых конвейеров

На некоторых шахтах, с целью увеличения длины, конвейер СКР-11 оборудовался двумя приводами, которые размещались на его кондгах, что, например, на шахте 5-6 им. Димитрова треста «Красноармеискуголь» позволило Герою Социалистического Труда И. И. Бридько довести длину конвейера в лаве до 195 м. На шахте № 35-35-бис треста «Зуевантрацит» конвейеры СКР-11 имели длину 140, 160 и 200 м, на шахте 17-17-бис треста «Рутченковуголь» - длину 185 ж (с двумя приводами по концам).

Дважды Герой Социалистического Труда И. И. Бридько с молодыми горняками
Дважды Герой Социалистического Труда И. И. Бридько с молодыми горняками

Конвейер СКР-11 со временем перестал удовлетворять возросшие требования.

Длина конвейера СКР-11 и его производительность оказались недостаточными. Так, в длинных лавах приходилось устанавливать два и более конвейера, что вызывало значительные неудобства: необходимость подрывки почвы или кровли для размещения приводов, необходимость устройства ниш против пунктов перегрузки при комбайновой выемке и т. д. В длинных лавах, например, в пятой восточной лаве шахты им. Ленина треста «Макеевуголь», работало 4-6 конвейеров.

Макеевуголь
Макеевуголь

Скребковая цепь конвейера СКР-11 двигалась со скоростью 0,42 м/сек. Этого оказалось недостаточно для увеличения производительности, малой была и мощность двигателя.

Поэтому конвейер СКР-11 подвергался значительной модернизации. С 1954-1955 гг. Харьковский завод «Свет шахтера» приступил к выпуску конвейеров СКР-20 (скребковый конвейер реверсивный, 20 кет). Скорость его тягового органа повысили до 0,57 м/сек, а мощность двигателя - до 20' кет, в результате чего допустимая длина увеличи¬лась до 120 м (при транспорте но горизонтали), а производительность - до 100 т/ч.

Транспортер скребковый реверсивный
Транспортер скребковый реверсивный

Проведенные на кафедре рудничного транспорта Днепропетровского горного института исследования позволили сделать вывод о целесообразности повышения скорости движения тяговой цепи конвейеров СКР-11 и СКР-20, а контрольными экспериментами, проведенными в 1955 г. на Харьковском заводе «Свет шахтера», еще раз была подтверждена правильность этих выводов. Опыты по повышению рабочих скоростей были перенесены на шахты Донбасса. В 1955 г. перевели на повышенную скорость два конвейера СКР-11 в шахтоуправлении № 40-43 треста «Селидовуголь» и два - на шахте № 10 «Кураховка» этого же треста. Испытания показали, что повышение скорости снижает статическую и динамическую нагрузку тяговых цепей при одновременном увеличении пропускной способности конвейеров. Повышение скоростей в оптимальных пределах вызывает не увеличение, а наоборот - снижение износа рештаков. В 1957-1958 гг. завод «Свет шахтера» начал серийный выпуск сменных звездочек приводных цепей для повышения рабочих скоростей действующих конвейеров, а также организовал изготовление конвейеров СКР-20У со скоростью движения цепей до 0,8 м/сек. К 1960 г. в Донбассе и Кузбассе были переведены на повышенные скорости более 200 конвейеров.

Днепропетровский горный институт
Днепропетровский горный институт

В 1957 г. Харьковский завод «Свет шахтера» изготовил опытные образцы нового конвейера КС-ЮМ для тонких пластов, который вдвое производительнее, чем СКТ2-6М. Новый конвейер можно было устанавливать в лавах с неспокойным залеганием почвы, он имел рационально расположенный привод и большую длину. Испытания конвейера КС-ЮМ на шахте им. Кирова треста «Несветайантрацит» и № 3-бис треста -«Свердловуголь» дали положительные результаты. В 1958 г. опытная партия этих конвейеров испытывалась на шахтах комбината «Ростов-уголь». В 1959 г. они выпускаются серийно.

Ростовуголь
Ростовуголь

В 1958 г. на шахте «Южная» треста «Шахтантрацит» выдержал испытания опытный образец разборного двухцепного конвейера КСР-1, предназначенного для замены конвейеров СТР-3ОМ. Главная особенность: в зависимости от нагрузки он мог быть оснащен 1-4 приводами, устанавливаемыми как в головной, так и в хвостовой его частях.

За 1952-1959 гг. конструкторы Гипроуглемаша и завода «Свет шахтера» разработали скребковый конвейер для нарезки лав.

шахта Южная
шахта Южная

Конвейеры типа СКР-11, СКР-20, СКТ„-6, СКТ3-6, СК-10, СТР-30, КСР-1 оснащены стан¬дартной штампованной разборной цепью типа «Кейстон» и относятся к группе разборных конвейеров. Впервые разборная цепь типа «Кейстон», изготовленная на автозаводе им. Лихачева, была применена в 1939 г. на скребковом конвейере СТ-5. В 1943 г. Гипроуглемаш модернизировал конструкцию этой цепи и в дальнейшем она широко применялась в скребковых конвейерах. Стандартные разборные цепи производят Харьковский завод «Свет шахтера», Луганский завод им. Пархоменко и Анжеро-Судженский завод угольного машиностроения.

Автомобильный завод им. Лихачева
Автомобильный завод им. Лихачева

Разборные конвейеры переносятся по частям после разборки цепи и рештачного става. Трудоемкость ручной переноски в значительной степени зависит от мощности пласта и в среднем составляет: при мощности пласта от 0,75 до 1 м - 6,2 - 8 человеко/смен, при мощности пласта от 1,75 до 2 м - 4,2 человеке/смены.

Замечательных показателей при скоростной переноске скребковых конвейеров в лавах достигли многие бригады донецких переносчиков, в том числе бригады тт. Марченко (шахта «Центральная» треста «Боков-антрацит»), Шовкунова (шахта № 1 треста «Советскуголь») и др.

Шахта 1 треста Советскуголь
Шахта 1 треста Советскуголь

Средняя скорость переноски в этих бригадах составила от 0,59 м/сек до 1,1 м/сек, затраты времени на переноску и монтаж 1 пог. м установки - от 3,3 чел.-мин. до 9,1 чел.-мин.

Поэтому весьма перспективно применение безразборных передвижных двухцепных скребковых конвейеров, оснащенных круглозвенными тяговыми цепями, допускающими изгиб не только в вертикальной плоскости (на звездочках), но и в плоскости установки конвейера.

бригада шахтёров
бригада шахтёров

В настоящее время применяется две схемы передвижки конвейеров в лавах без разборки. При фронтальной схеме конвейер передвигается одновременно по всей длине, оставаясь параллельным самому себе. При фланговой схеме конвейер передвигается с изгибом (в плоскости пласта) таким образом, что место перегиба постепенно перемещается от одного конца конвейера к другому.

Первый отечественный двухцепной конвейер на круглозвенных цепях СТП-30 (скребковый транспортер передвижной, 30 кет) разработан в 1945 г. институтом Гипроуглемаш. Он испытан на шахте им. ОГПУ (ныне им. Ленина) треста «Несве-тайантрацит». Конвейер передвигался с помощью винтовых домкратов без разборки по фронтальной схеме.

винтовые домкраты
винтовые домкраты

 

В 1956 г. на Харьковском заводе «Свет шахтера» спроектирован и изготовлен многоприводной передвижной изгибающийся скребковый конвейер КСП-1 (конвейер скребковый передвижной) на круглозвенных цепях. С 1957 г. КСП-1 (позднее КСП-1 М) выпускался серийно. Передвижка конвейера (по фланговой схеме) может производиться передвижчиком, комбайном или домкратом.

Для передвижки привода можно использовать комбайн, находящийся в нижней нише. Канат закрепляется на раме привода и при включении подающей части комбайна привод перемещается на необходимое место. Передвижку привода можно производить также с помощью передвижчиков крепи, если в лаве применяется передвижная металлокрепь.

металлокрепь
металлокрепь

Существует несколько способов передвижки средней части конвейеров. При использовании для перемещения конвейера передвижчика крепи она осуществляется барабаном подающей части с помощью каната и обводной стойки.

В случае применения комбайна передвижка конвейера выполняется с помощью троса, укрепленного за постель грузчика. Операция отсоединения троса от комбайна производится без остановки последнего, благодаря специальному замковому устройству. Трос крепится к скобам рештаков крюком. Для передвижки конвейера в комплексе М-9 применяется самоходный передвижчик М-10, который располагается за конвейером в выработанном пространстве и работает по челноковой схеме.

тросс для конвейера
тросс для конвейера

Выбор способа передвижки конвейера зависит от горно-геологических условий лавы, от работающих в комплексе с конвейером механизмов и крепи.

Конвейеры КСП-1 могут обслуживать лавы длиной до 300 м. При длине лавы более 200 м конвейер оборудуется четырьмя приводами.

Для топких пластов, мощностью от 0,5 до 0,8 м были созданы неразборные, изгибающиеся, передвигаемые по фланговой схеме скребковые конвейеры КСТИ-20 и КС-15.

лава угля
лава угля

Конвейер КС-15 конструкции института Гипроуглемаш испытывался на шахте им. Кирова треста «Несветайантрацит» в 1958 г. в комплексе М-9.

Конвейер КСТИ-20 разработан заводом «Свет шахтера» и использовался в комплексе с комбайнами УКТ и «Горняк». Этот конвейер в 1958 г. испытан на шахте № 22-4-бис треста «Краснолучуголь». После доводки конструкции в конце 1958 г. изготовили первую опытную партию конвейеров КСТИ-20 (10 шт). и отправили на шахты Донецкой и Луганской областей. В начале 1959 г. была изготовлена первая опытная (10 шт.), а затем и промышленная (30 шт.) партия модернизированных конвейеров КСТИ-20М.

Шахта имени С. М. Кирова
Шахта имени С. М. Кирова

На 1 января 1963 г. в Донецком совнархозе насчитывалось 11 486 скребковых конвейеров, в работе - 10 027.

Длительный опыт их эксплуатации на шахтах Донбасса говорит о том, что основные неполадки (около 90%) с разборными скребковыми конвейерами связаны с низкими эксплуатационными показателями стандартных разборных цепей, усталостной прочностью и малой жесткостью при действии поперечных нагрузок. Малая усталостная прочность обусловлена высокой концентрацией напряжений в звеньях, вызванной нерациональной формой звена. Поперечная деформация звеньев связана с тем, что конструкция стандартной цепи не приспособлена для восприятия поперечных нагрузок, тогда как появление последних при работе скребковых конвейеров - неминуемо. Так, например, в комбинате «Луганскуголь» среднегодовая потеря угледобычи из-за порывов цепей составляет приблизительно 65 000 т.

Луганскуголь
Луганскуголь

Массовый выход стандартных цепей из строя из-за порывов и деформаций побудил организовать их восстановление в специализированных мастерских.

Недостатки стандартной цепи «Кейстон» потребовали проведения работ по созданию нового типа разборной цепи, примером которой может служить двухэлементная разборная цепь ЦДР, созданная Донецким политехническим институтом и ДонУГИ в творческом содружестве с Луганским заводом угольного машиностроения им. Пархоменко. У цепи ЦДР благодаря рациональной конфигурации звена по сравнению со стандартной цепью в 2-3 раза больше усталостная прочность, на 17% выше ее статическая прочность, а также большая поперечная жесткость. В 1960 г. было изготовлено 500 м новой цепи и проведены ее успешные испытания на шахтах треста «Кировуголь». С 1965 г. завод им. Пархоменко выпускал цепь ЦДР в объеме всего плана по разборпым цепям.

Донецкий политехнический институт
Донецкий политехнический институт

Наиболее перспективны круглозвенные тяговые цепи. Они на 30% легче разборных, значительно дешевле и долговечнее.

Первая круглозвенная цепь, разработанная институтом Гипроуглемаш, была испытана в 1945 г. Только недоброкачественное изготовление цепей задержало их внедрение до 1956 г. В начале 1956 г. Горьковский завод «Красный якорь» выпустил первую партию круглозвенных 18 мм цепей для скребковых конвейеров типа КС-9. В дальнейшем их изготовление для скребковых конвейеров шахт Донбасса было передано на Артемовский завод «Победа труда».

круглозвенный скребковый конвейер
круглозвенный скребковый конвейер

Круглозвенные цепи производятся на специальных автоматах, осуществляющих вязку, сварку и калибровку их.

Проектно-конструкторские и технологические работы по созданию забойных скребковых конвейеров для Донбасса и совершенствованию их производства выполняются в институтах Гипроуглемаш и ВНИИПТУглемаш (Москва) и на заводах «Свет шахтера» (Харьков), им. Пархоменко (Луганск) и «Победа труда» (Артемовск).

Цех завода Победа труда
Цех завода Победа труда

В результате больших работ, проведенных по исследованию, конструированию, изготовлению и внедрению подземных скребковых конвейеров, угольная промышленность Донбасса в 1955 -1960 гг. получила большой парк конвейеров, предназначенных для эксплуатации в разнообразных горно-геологических условиях. Среди них особое внимание заслуживают мощные многоприводные двухцепные передвижные конвейеры, оснащенные круглозвенными цепями. Производительность таких конвейеров доходит до 260 т/ч, а длина - до 350 м. Эти конвейеры приспособлены для агрегатной работы с современными выемочными машинами (комбайнами и стругами), а также в добычных комплексах.

Выемочный комбайн Caterpillar EL 1000
Выемочный комбайн Caterpillar EL 1000

По своим показателям отечественные конвейеры (напр. СКР-20, СП-63 и др.) не уступают лучшим зарубежным конструкциям. Из года в год удельный вес одноцепных конвейеров снижается за счет роста количества двухцепных конвейеров.

Однако в 1960 г. выявились и недостатки в организации проектирования и выпуска скребковых конвейеров. В эксплуатации и в стадии проектирования находилась 31 модель скребковых конвейеров, из которых многие дублировали друг друга. Узлы и детали конвейеров не всегда унифицировались, специализация заводов-изготовителей была недостаточной.

одноцепный конвейер
одноцепный конвейер

В конце 1961 г. Гипроуглемаш, Харьковский завод «Свет шахтера», Скопинский и Анжерский машиностроительные заводы закончили разработку типажа скребковых конвейеров. Типаж утвердил Государственный комитет по автоматизации и машиностроению. Он является теперь исходным документом при создании новых и модернизации существующих скребковых конвейеров.

Анжерский машиностроительный завод
Анжерский машиностроительный завод

Число моделей скребковых конвейеров сокращено до 16. Улучшены технические и эксплуатационные характеристики конвейеров. Унифицированы их основные узлы и детали - редукторы секций, соединительные замки, тяговые цепи, скребы, турбомуфты и др. Специализированы заводы-изготовители на производстве скребковых конвейеров.

турбомуфта
турбомуфта

    Транспортировка угля ленточными конвейерами

Ленточный конвейер - это транспортирующее устройство непрерывного действия с объединённым грузонесущим и тяговым органом в виде замкнутой (бесконечной) гибкой ленты. Лента приводится в движение силой трения между ней и приводным барабаном; опирается по всей длине на стационарные роликоопоры. В шахтах и карьерах ленточные конвейеры служат для транспортирования полезных ископаемых и породы из проходческих, вскрышных и добычных забоев по горизонтальным и наклонным выработкам внутри горных предприятий, подъёма их на поверхность и последующего перемещения к обогатительной фабрике или погрузочному пункту внешнего транспорта, а породы — в отвал. Ленточные конвейеры применяют также для доставкиполезных ископаемых от горного предприятия непосредственно к потребителю (например, угля на теплоэнергоцентраль или рудына металлургический завод). В шахтах специально приспособленные ленточные конвейеры используются иногда для перемещения людей по наклонным выработкам. 

ленточный конвейер
ленточный конвейер

Ленточные конвейеры находят широкое применение на объектах добычи угля и других полезных ископаемых, в местах, где рабочее пространство крайне ограничено. Идеальным оборудованием для угольных шахт ленточные конвейеры делают их небольшие габариты (в частности, высота). Конструкция таких конвейеров включает ряд легких стальных секций желобообразующими и возвратными опорными роликами, а также приводную и передвижную натяжную секции со всем необходимым силовым оборудованием. Ленточный конвейер не только позволяет транспортировать из шахты продукты добычи, но и доставлять на место разработки необходимый инструмент и материалы. Это обеспечивается благодаря предусмотренной возможности реверсирования. Помимо удобства эксплуатации у такого оборудования есть еще одно большое достоинство – его покупка и установка обходится дешевле, чем рельсовая откатка, – в основном, из-за сниженного энергопотребления и отсутствия необходимости оборудовать рельсовые пути.

Ленточный конвейер

  Транспортировка угля вне шахты

Основные способы транспортировки угля: с помощью железнодорожных перевозок, автоперевозки, морским транспортом, посредством углепроводов. На протяжении уже многих лет транспортировка угля с помощью железнодорожного транспорта остается основным видом экспедирования груза во многих странах. Достаточно преимуществ имеют также углепроводы, которые все же, наряду с железнодорожными перевозками, имеют и ряд недостатков.

 

транспортировка угля вагонами
транспортировка угля вагонами

При перевозке каменного угля влажностью больше 7%, бурого влажностью больше 30% необходимо применять некоторые профилактические меры:

- обсмаливание;

смолислый уголь
смолислый уголь

- смешивание влажного и сухого ископаемого;

уголь в вагонах
уголь в вагонах

- промораживание;

перевозка угля вагонами в зимнее время
перевозка угля вагонами в зимнее время

- пересыпка древесными опилками.

древесный опилок
древесный опилок

Обсмаливание производится с помощью тяжелых масел коксохимического производства при задействовании специализированных обсмаливающих установок. Если невозможно использовать обсмаливающие установки, влажные угли могут перевозиться посредством применения других профилактических мер. Путем прослойной пересыпки производится добавление сухого угля к влажному, при этом один слой сухого топлива насыпается на пол вагона, а два слоя насыпаются по высоте погрузки. Пересыпка опилками влажных углей осуществляется в три слоя: первый 30-40см, второй и третий 20-30см. В холодное время года перевозка шлама допускается только в промороженном виде. 

угольный шлам
угольный шлам

Способы транспортировки угля довольно разнообразны: ж/д, авто, морской транспорт.

    Транспортировка угля автомобильным транспортом

Транспортировка автомобильным транспортом осуществляется в том случае, когда объем груза небольшой, а выхода к железнодорожным путям или к морю нет. Перевозка посредством автомобиля — сложный процесс, который состоит из ряда операций: погрузка, перемещение, выгрузка. Уголь — очень специфический груз, при его неправильной погрузке наблюдаются существенные потери угля при транспортировке, особенно при длительных расстояниях. Поэтому необходимо очень тщательно подходить к выбору транспортного средства, чтобы не потерять в качестве, ведь раздробленное сырье ценится значительно ниже. Для наибольшей эффективности транспортировки твердого топлива необходимо учитывать максимально подходящие для дороги транспортные средства, их грузоподъемность. 

перевозка угля автомобильным транспортом
перевозка угля автомобильным транспортом

    Транспортировка угля железнодорожным транспортом

Транспортировка угля в России осуществляется еще и с помощью ж/д транспорта, что, без сомнения, очень выгодно, просто, экономно и надежно.

Перевозка угля производится преимущественно в открытых полувагонах - гондолах, хопперах, а также на платформах. При разгрузке требуется наличие складских площадок или специальных хранилищ: угольных эстакад, траншей, отвалов или бункерных устройств. 

перевозка угля по железной дороге
перевозка угля по железной дороге

    Транспортировка угля водным транспортом

Еще одним эффективным и эргономичным способом транспортировки твердого топлива является морской или речной. Такой вид грузоперевозок хоть и достаточно медленный, но очень надежный. Если для перевозок использовать специальные контейнеры, это может гарантировать практически 100% сохранность и надежность перевозки. Этот способ дает возможность полностью контролировать процесс грузоперевозки и эффективно поставлять угли покупателю.

перевозка угля водным транспортом
перевозка угля водным транспортом

Направления использования угля

Ископаемые угли имеют широкий диапазон генетических, технологических свойств и качеств, которые позволяют использовать их не только в виде топлива, но и как технологическое сырье.

Примерно 25% поставляемых потребителям углей используют для технологических целей на предприятиях, где они перерабатываются или применяются в качестве сырья. При этом основная доля углей идет на производство кокса. Остальной уголь расходуется на энергетические цели. Свыше половины углей, направляемых на энергетические цели, используется на тепловых электростанциях, значительная часть – для коммунально-бытовых нужд, меньшая – в промышленных и районных котельных. Остальная часть энергетических углей направляется для нужд сельского хозяйства, производства строительных материалов и т. д.

топка углем
топка углем

  Использование углей для технологических целей

Низкотемпературные методы химической переработки применяют к бурому углю, органическая масса которого слабо полимеризована и состоит по сути из слабосвязанных между собой алифатических и ароматических молекулярных фрагментов, легко извлекаемых путем экстракции. Так, экстракцией органическими растворителями (бензин и бензолы) извлекают битумы – смесь восков, парафинов, масел, асфальтенов и смол. Наиболее ценная часть экстракта – горный, или монтан-воск, который широко используется в машиностроении для точного литья, при производстве пластмасс, в бытовой химии, бумажной и текстильной промышленности. Экстракцией водным раствором едкого натрия с последующим осаждением раствором серной кислоты получают гуминовые кислоты, применяемые в аккумуляторной промышленности, при бурении нефтегазовых скважин, в сельском хозяйстве как регуляторы роста и развития растений.

гуминовая кислота
гуминовая кислота

В диапазоне температур 350–500С органическое вещество угля (кроме инертинитной компоненты) проявляет способность к термическому растворению (ожижению) и гидрогенизации. Термическому растворению в углеводородных растворителях подвергают измельченный уголь при давлении до 5 МПа, при этом его алифатическая часть извлекается в виде бензиновой, а ароматическая – в виде бензольной фракции. В присутствии водорода или его доноров, сероустойчивых катализаторов и при давлении 30–70 МПа происходит процесс гидрирования термически растворенного вещества, при этом ароматические структуры разлагаются до алифатических, а выход бензиновой фракции превышает 55% массы органической части угля.

измельченный уголь
измельченный уголь

Этот способ получения синтетических жидких топлив из угля, несмотря на сложность и относительную дороговизну, широко применялся в Германии и ЮАР в периоды эмбарго на поставки нефтепродуктов.

При нагревании угля без доступа воздуха до 500–600С происходит его полукоксова3 ние – термическое разложение (пиролиз) органической части с отщеплением и выходом в виде газои парообразных летучих веществ присоединенных групп, алифатических и легких ароматических молекулярных фрагментов. При этом основными являются жидкие продукты полукоксования смесь масел и смол, широко используемых в химической и других отраслях промышленности, а также как заменитель котельного топлива. Газ полукоксования, в который в основном переходит сера угля, чаще всего сжигают для нагрева угольной массы. Твердый остаток применяют как бездымное, обессеренное топливо с высоким содержанием углерода. Наибольший выход целевых (жидких) продуктов полукоксования имеют бурые и сапропелитовые угли, а также сланцы (кроме менилитовых).

сапропелитовый уголь
сапропелитовый уголь

Если полукоксование угля происходит в атмосфере водяного пара, у твердого остатка существенно развивается пористая структура (удельная поверхность пор достигает 300–800 м2/г). Такой твердый остаток, называемый активированным углем, обладает высокой поглощающей (адсорбционной) способностью.

активированный уголь в таблетках
активированный уголь в таблетках

Если в начале ХХ века активированные угли производились главным образом из древесины, кокосового копра, плодовых косточек и другого растительного сырья и использовались в противогазах, при очистке сахара и алкоголя, в медицине, то к середине века расширенные нужды промышленности обусловили широкое применение технических активированных углей из твердого остатка полукоксования ископаемых углей.

Копра - сушённая мякоть кокоса
Копра - сушённая мякоть кокоса

Путем частичного окисления поверхности активированных углей, пропитки химически активными веществами или нанесения микроколичеств катализатора можно создавать избирательные поглотители, ионо- и электронообменники, высоко-активные катализаторы. Так, в современной промышленности обессоливание технической воды, очистка сточных вод, удаление и улавливание микропримесей и многие другие процессы организованы благодаря крупнотоннажному производству активированных углей с заранее заданными свойствами.

очистка сточных вод углём
очистка сточных вод углём

Одним из важнейших процессов переработки угля является коксование, которое проводится без доступа воздуха при температурах до 900С и выше. Его целевым продуктом является металлургический кокс – спекшийся обуглероженный и обессеренный остаток. Побочным продуктом коксования являются каменноугольные смолы, масла, сырой бензол, покрывающие четверть современной мировой потребности в ароматических углеводородах. Газ коксования часто сжигают для нагрева коксовых печей, но он же может служить сырьем для получения аммиака и других ценных продуктов.

коксование каменного угля
коксование каменного угля

Производство цемента. Цемент представляет собой тонкоизмельченную смесь клинкера с различными активными (доменный шлак, гипс) и инертными (известь, песок) добавками. Клинкер – продукт спекания угля с сырьевой шихтой, которая состоит из известково-магнезиальных и глинистых пород, обогащенных оксидом железа. Клинкер получают обжигом шихты во вращающихся печах при температуре 1450С.

доменный шлак
доменный шлак

Обжиг известняка осуществляется при температуре 1000–1200С в шахтно-пересыпных, кольцевых и шахтных печах с выносными полугазовыми топками. Для обжига извести в шахтных печах с выносными полугазовыми топками используют сортовые слабоспекающиеся каменные и бурые угли с небольшим содержанием мелочи.

шахтная печь
шахтная печь

Производство порошкообразных углещелочных реагентов. Эти реагенты применяют при бурении скважин для добычи жидкого и газообразного топлива и скважин большого диаметра при проходке шахтных стволов. Для производства реагентов используют молодые бурые угли.

молодые бурые угли
молодые бурые угли

Спекание глинозема проводится во вращающихся печах. Для спекания используют каменные и бурые угли крупностью до 300 мм.

Сульфоуголь получают в результате специальной обработки. Применяется он в водоочистительных установках электростанций, городских водопроводных станций и для специальных производств. Для получения сульфоугля используют донецкие угли марок К и ОС.

глинозем
глинозем

Кузнечные работы. Для кузнечных работ пригодны спекающиеся угли марок Ж и К с небольшими зольностью и массовой долей серы, а также антрацит крупностью более 13 мм, обладающий высокими термостойкостью и механической прочностью.

Работа кузнеца
Работа кузнеца

Производства карбида кальция, карбида кремния, электрокорунда. Карбид кальция получают в электропечах сплавлением шихты из антрацита и извести. Используется он с целью получения ацетиленового газа для сварочных работ, а также при производстве резины. Карбид кремния производят в электропечах путем плавки специальной шихты с добавлением антрацита. Применяется для изготовления особо твердых абразивных изделий и инструментов. Электрокорунд получают плавкой глинозема с антрацитом в электропечах. Применяется как абразивный и огнеупорный материал, а также для изготовления литейных форм, стержней и т. д.

Электрокорунд - абразивный материал
Электрокорунд - абразивный материал

Термоантрацит получают термической обработкой крупных классов антрацита с минимальными зольностью, массовой долей серы, фосфора, выхода летучих веществ. Используется для производства электродов и в литейном производстве.

Литейное производство. Для литейного производства, кроме кокса и термоантрацита, применяется и натуральный крупный антрацит, обладающий повышенной механической прочностью и термической стойкостью, с плотной структурой без породных прослоев, с невысокими зольностью и массовой долей серы.

Термоантрацит
Термоантрацит

Агломерация (окускование) руд проводится путем спекания мелких классов руды в смеси с антрацитовым штыбом, тощим углем, мелкими фракциями кокса.

Заполнение фильтров. Для заполнения механических фильтров водоочистки на тепловых электростанциях и городских водопроводных станциях применяют антрацитовую крошку с размером частиц от 0,8 до 2 мм, зольностью до 10% и массовой долей серы до 2%. Антрацит, из которого приготавливается крошка, должен обладать высокой механической прочностью.

кокс литейный фракции 40
кокс литейный фракции 40

  Энергетическое использование угля

В качестве топлива для энергетических установок уголь безраздельно господствовал вплоть до изобретения двигателей внутреннего сгорания, использующих продукты нефтепереработки и значительно более удобных для мобильной эксплуатации. К концу первой трети XX века уголь был не только полностью вытеснен нефтепродуктами из автои авиатранспорта, но и заметно уступил свои позиции на водном и железнодорожном транспорте. Однако в условиях нефтяной блокады, которой подверглась во время второй мировой войны Германия, а в послевоенные годы – ЮАР, уголь оказался сырьем, способным заменить жидкие моторные топлива. Синтетические жидкие топлива получали из угля путем гидрогенизации (прямого ожижения), пиролиза, газификации угля с последующим каталитическим синтезом Фишера-Тропша. Хотя по экономическим показателям синтетические топлива были дороже нефтяных и со снятием блокады их производство, как правило, прекращалось, постепенное исчерпание нефтяных запасов и устойчивый рост цен на нефтепродукты вынуждают продолжать разработки в данном направлении. В частности, в Украине наиболее благоприятны для производства синтез-топлив днепровские бурые угли, львовско-волынские сапропелиты и болтышские горючие сланцы.

горючие сланцы
горючие сланцы
Автоматический котел. Сжигание угля. Марка Д.

Несмотря на все разнообразие направлений использования ископаемых углей, основными их потребителями и по сей день являются теплоэнергетика, металлургия, а в сельской местности и развивающихся странах – и жилищно-бытовой сектор. И чем больше росло потребление угля в указанных секторах, тем острее становилось противоречие между соотношением требуемых и получаемых марок углей, а также между выходом при добыче и потреблением сортовых фракций и несортовой угольной мелочи. Поэтому еще с конца XIX века интенсивно велся поиск методов устранения этих противоречий, и не без успеха.

угольная мелочь
угольная мелочь

Например, из всех марок углей коксующимися свойствами, т.е. способностью при нагревании без доступа воздуха не только отдавать летучие вещества и серу, но и спекаться в монолит с заданной пористостью и механическими свойствами, обладают лишь угли марок Ж (жирный) и К(коксовый), доля которых в общем объеме добычи относительно невелика и не обеспечивает потребности коксовых производств. Исследования характера и природы пластификации и последующего затвердевания углей, начатые в 20-х годах ХХ века Ф. Фишером и впоследствии развитые Г.Л.Стадниковым, Д. ван Кревеленом, Н.С. Грязновым, позволили не только создать стройную теорию пластификации, но и установить возможность получения коксующихся шихт (смесей) из углей меньшей (газовый, длиннопламенный газовый) и большей (отощенный спекающийся) степени метаморфизма, что почти вдвое расширило сырьевую базу производства металлургического кокса.

металлургический кокс
металлургический кокс
Производство кокса на тепловой электростанции

Слоевой метод сжигания угля, который был единственным для печей, каминов, паровых машин и ранних паровых котлов, требовал использования кускового угля (допускалась очень незначительная доля мелочи). Это связано с тем, что при естественной тяге между частицами угля в слое должно оставаться достаточно пространства для свободного доступа окислителя, а при форсированной тяге (дутье) мелкие частицы не должны выноситься из слоя. В период, когда уголь добывался вручную, необходимая доля кускового угля при добыче обеспечивалась шахтерами. При этом пласт выбирался не полностью, а производительность труда шахтеров была низкой. Вызванное ростом потребления увеличение добычи, ставшее возможным только при механизации шахт, резко повысило долю мелочи в объеме добываемых углей. Но сжигание твердого топлива, которое по своей крупности не соответствует оптимальным требованиям, снижает эффективность его использования на 15–20%, а в ряде случаев процесс горения вообще прекращается. В связи с этим возникла задача окусковывания (брикетирования) угольной мелочи для технологий, основанных на потреблении кускового (сортового) угля, и параллельно – задача развития технологий, где возможно использование угольной мелочи и пыли без их окусковывания.

угольная пыль
угольная пыль

Обычно брикетированию подвергают торф, бурые угли, отсевы каменных углей и антрацитов, мелкозернистый полукокс и кокс. Основными потребителями брикетов являются коммунально-бытовой сектор и коксовая промышленность. Исторически первыми возникли два способа производства брикетов механическим путем: без связующих веществ (за счет собственных связующих свойств торфа и бурых углей) при температуре 40–80°С и давлении прессования 80 МПа и более; с добавкой связующего вещества (нефтебитумов или каменноугольного пека), необходимого для обеспечения сцепления между частицами каменных углей, антрацитов, полукоксовой и коксовой мелочи, при температуре 80–100°С и давлении прессования 15–25 МПа.

коксовая мелочь
коксовая мелочь

История отечественного углебрикетного производства берет начало с середины XIX столетия. В 1870 г. в Одессе была сооружена первая фабрика, выпускавшая антрацитовые брикеты для судов торгового флота. В ХХ веке вводятся в эксплуатацию фабрики брикетирования антрацитовых штыбов в Донбассе (Моспинская, Донецкая и др.), а также крупные буроугольные брикетные фабрики на Александрийском месторождении бурых углей.

Александрийское месторождение бурых углей
Александрийское месторождение бурых углей

В последние десятилетия в мире активно развивается направление брикетирования с термообработкой исходной угольной мелочи или брикетов при температурах 400–500°С. Эти технологии позволяют получать так называемое «бездымное» бытовое топливо повышенной экологической чистоты (с пониженным содержанием серы и меньше коптящее при сжигании), а также формованный кокс, что еще более расширяет топливную базу коксовой промышленности.

угольный брикет
угольный брикет

Использование ископаемых углей в качестве топлива неизмеримо возросло с появлением паровых машин и, особенно, с появлением машин, способных преобразовывать тепловую энергию сжигания углей в электрическую (первые тепловые электростанции – ТЭС). На тепловых электростанциях тепловая энергия угля служит для выработки пара в котле, который вращает ротор паровой турбины, соединенный с ротором генератора электрической энергии – наиболее удобной для потребителя разновидности энергии. Первые ТЭС появились в конце XIX века (в 1882 г. – в Нью-Йорке, в 1883 г. – в Петербурге, в 1884 г. – в Берлине, в 1895 г. – в Киеве). Они были оснащены слоевыми топками, которые длительное время являлись основными устройствами для сжигания больших количеств топлива и широко применялись для котлов паропроизводительностью 20–30 т/ч. Однако, кроме ограничения масштаба и невысокого КПД, связанного с относительно низкой температурой дымовых газов, их основным недостатком было требование к подаче угля в виде кусков и ограничение доли мелочи, приводившей к большим уносам углерода из топочного объема.

паровоз на угле
паровоз на угле

Положение изменилось в конце 20-х годов ХХ века, когда в ряде стран были разработаны и внедрены топки для факельного сжигания твердого топлива в пылевидном состоянии, что позволило вовлечь в топливную базу ТЭС угольную мелочь, в том числе повышенной зольности (до 25–30% – для антрацитов и тощих, до 30–40% – для каменных углей), землистые бурые угли, сланцы, а также повысить до 35–40% КПД энергоблоков. Таким образом, в настоящее время в энергетику направляются главным образом низкосортные угли и несортовая мелочь, что высвобождает сортовые угли для других видов использования.

бурые угли
бурые угли

Хотя пылеугольные, или камерные, топки на сегодня являются самыми распространенными в теплоэнергетике, они все больше вытесняются изобретенными в 60-е годы ХХ века в Германии топками с циркулирующим кипящим слоем (ЦКС), также использующими угольную мелочь, однако имеющими ряд технологических и экологических преимуществ. Котлоагрегаты с циркулирующим кипящим слоем отличаются низкими выбросами оксидов азота (за счет пониженной температуры процесса и организации внутритопочной восстановительной зоны) и серы (за счет внутритопочного связывания серы угля известняком), широким диапазоном регулирования нагрузки, а главное – пониженными требованиями к зольности угля, что позволяет использовать для сжигания не только высокозольные рядовые угли, но и отходы углеобогащения. Первый в Украине энергоблок с циркулирующим кипящим слоем электрической мощностью 210 МВт, использующий в качестве топлива антрацитовый шлам, вводится в эксплуатацию на Старобешевской ТЭС.

мелкий уголь
мелкий уголь

 

Старобешевская ТЭС
Старобешевская ТЭС

В настоящее время до 50% электроэнергии в Украине вырабатывается на тепловых электростанциях, абсолютное большинство энергоблоков которых сжигают энергетические (некоксующиеся) каменные угли и антрациты. Сжигание угля связано со способностью углерода и водорода, входящих в состав угля, реагировать с кислородом до СО2 и Н2О с выделением теплоты. Условием начала горения является нагрев угольной частицы до температуры воспламенения, при которой скорость тепловыделения за счет реакций окисления превысит скорость отвода тепла от частицы в окружающую среду. При нагреве частиц вначале выходят и воспламеняются летучие вещества, а затем твердый обуглероженный остаток, горение которого является основной стадией. Скорость горения угольных частиц увеличивается с ростом температуры и давления, уменьшением размера (увеличением удельной поверхности) частиц и со снижением степени метаморфизма угля.

уголь горит
уголь горит
Ограничения на использование угля в качестве топлива

В теории горения установлено, что, поскольку атомы углерода в карбонизованной структуре прочно связаны, углерод реагирует с газами (О2, СО2, Н2) главным образом путем хемосорбции (химического присоединения) диссоциированного кислорода к активным центрам, с последующим отрывом СО-ком

диссоциирование кислорода
диссоциирование кислорода

Совместное рассмотрение вопросов техники и технологии добычи угля и области его применения явилось фундаментальной основой дальнейшего развития способов подготовки угля к использованию, которое потребовало исследования угля и процессов его облагораживания применительно к различным видам потребления.

добыча угля
добыча угля

Мировой опыт подготовки углей к использованию для бытовых нужд, морского флота и других целей определил необходимость производства сортового топлива с заданными размерами его кусков. Особенно это относилось к донецким антрацитам и малозольным и малозернистым паровично-жирным углям, используемым в топках судов морского флота как военного, так и торгового. Это определило интенсивное оснащение шахтной поверхности сооружениями для разделения рядового угля на сорта различного размера, а также ручного обогащения крупных классов (более 25 мм), в том числе и углей, используемых в рядовом виде.

донецкий антрацит
донецкий антрацит

Последняя четверть XVIII в. и XIX в. характеризуются быстрым развитием производительных сил России. Индустриализация России в это время связана с интенсивным развитием металлургии, что определило повышенную потребность в топливе, которое в тот период было представлено дровами и древесным углем.

металлургия
металлургия

Дефицит топлива вызвал необходимость импорта дорогостоящего каменного угля из Англии.

Компплексов от решетки в виде газообразного СО и с образованием нового активного центра. Этими активными центрами считаются атомы углерода со свободными или ослабленными связями. Как раз такими связями характеризуются атомы углерода в тех местах молекулярной структуры, от которых отщепились группы, образовавшие летучие. Поэтому для углей, у которых выход летучих монотонно уменьшается с увеличением степени метаморфизма, соответственно снижается концентрация активных центров и реакционная способность твердого углеродного остатка.

Атомы углерода показаны черным цветом, водорода - белым
Атомы углерода показаны черным цветом, водорода - белым

В процессе горения, кроме составляющих С, Н, О, принимают участие азот и сера угля (органическая и пиритная) с образованием вредных выбросов – оксидов азота и серы, что требует специальных мер по снижению их содержания в дымовых газах. Минеральная часть также подвергается ряду превращений, например, сульфаты теряют кристаллизационную воду, сульфиды железа окисляются с образованием SO2 и оксида железа (III), оксид железа (II) переходит в оксид железа (III), карбонаты разлагаются с выделением СО2 и образованием оксида металла. Большинство этих превращений, кроме последнего, не приводит к существенному изменению массы золы (негорючего остатка) по сравнению с исходной минеральной массой. Разложение же карбонатов необходимо учитывать при расчете материального баланса горения. Кроме того, с целью обеспечения золоудаления, затрудненного в интервале температур между tA и tC , необходимо учитывать температуры плавкости золы при организации процесса горения.

процесса горения угля
процесса горения угля

Газификацией называют процесс реагирования угля с СО2 и Н2О с образованием горючих газов СО и Н2. Процесс газификации сопровождается поглощением теплоты. Часто в качестве источника теплоты для газификации используют неполное горение самого угля. Удельная скорость газификации в 1000 раз и более ниже удельной скорости горения, а повышение ее связано с теми же факторами, что и в случае скорости горения.

Оксид железа III
Оксид железа III

До недавнего времени считалось, что газификация наиболее применима для производства светильного газа (заменителя природного газа), а также СО и Н2 в качестве сырья для по следующего органического синтеза. Так, воюющая Германия и ЮАР львиную долю своих потребностей в бензине покрывали за счет газификации угля с последующим синтезом Фишера-Тропша. В СССР в 50-е годы прошлого века также были распространены угольные газогенераторы, в том числе вырабатывавшие газ для двигателей внутреннего сгорания. Однако такое применение газификации было связано с низким КПД использования угля, с рядом технических и экологических сложностей.

синтез фишера-тропша
синтез фишера-тропша

Второе рождение газификации произошло в энергетике. Относительно недавно были разработаны комбинированные парогазовые установки (ПГУ) с внутрицикловой газификацией угля под давлением, отличающиеся от паровых установок с традиционным сжиганием угля повышенным КПД и экологической чистотой. Широкое внедрение ПГУ на угле возможно уже в ближайшие 10–20 лет.

Франц Фишер и Ганс Тропш
Франц Фишер и Ганс Тропш

При сжигании угля зола образуется в виде оплавленного (остеклованного) шлака и сухой золы (уноса). Шлак более химически инертен и в связи с этим находит относительно широкое применение (шлакобетоны). Однако использование шлакобетонных изделий ограничено их несколько повышенной радиоактивностью. Сложность хранения сухой золы обусловлена ее мелкодисперсностью, вызывающей пыление, и наличием окислов щелочных металлов, реагирующих с водой до щелочей, попадание которых в грунтовые воды недопустимо. Золы, содержащие разложившийся известняк, добавляемый для связывания серы, при взаимодействии с водой образуют известь и вспучиваются.

Комплекс по переработке золы и шлаков
Комплекс по переработке золы и шлаков

Кроме перечисленных макрокомпонентов, минеральная часть углей содержит германий, уран, молибден, рений, вольфрам, серебро, селен, галлий, ванадий, а также такие экологически опасные вещества, как ртуть, мышьяк, бериллий, фтор, хлор, фосфор, селен. В широком смысле проблема утилизации золы сводится к разработке цепочек энерготехнологических процессов, в которых бы ценные неорганические элементы извлекались, а вредные улавливались до попадания в атмосферу, прочно связывались в нерастворимых соединениях и захоранивались. Для ряда элементов (получение германия из шлака электростанций, использование кальцийсодержащих отходов в цементной промышленности) указанные цепочки организованы, но в целом проблема эффективного использования и безопасной утилизации золы с улавливанием вредных выбросов еще ожидает технического решения.

бериллий
бериллий

Исходя из описания химического состава и физических свойств угля, можно заключить, что существующие методы использования угля не позволяют в полной мере реализовать его сырьевой и энергетический потенциал. Так, в Украине недостаточно применяются методы экстракции, полукоксования, гидрогенизации, хотя бурые угли Днепровского бассейна предоставляют для этого прекрасную сырьевую базу. Развитие методов низкотемпературного сжигания позволило бы утилизировать богатейшие, не используемые в настоящее время залежи засоленных углей марки Д Западного Донбасса. В случае разработки и внедрения технологий сжигания углей с повышенной зольностью, например в циркулирующем кипящем слое (ЦКС), удалось бы существенно снизить потери горючей массы угля при обогащении и утилизировать остаточный углерод, накопленный в отходах обогатительных фабрик в количестве десятков миллионов тонн. Рациональное использование золы и шлака электростанций дало бы возможность решить проблему сырьевой базы при получении алюминия, урана, германия, кремния и других ценных элементов. Одной из наиболее перспективных является идея комплексной энерготехнологической переработки угля. Сущность ее заключается в том, чтобы уголь перед сжиганием подвергать предварительному пиролизу с получением газообразного, жидкого топлива и химического сырья.

кремний в руке
кремний в руке

  Продукты переработки угля в строительстве

Топливный и металлургический шлаки очень ценный строительный материал: они прочны, легки, обладают более высокими тепло- и звукоизоляционными свойствами, чем другие заполнители бетона, стерильны, огнестойки, многостороннего использования. К сожалению, значение шлаков до сих пор недооценивается.

топливный шлак
топливный шлак

Топливный шлак (котельный) - это отходы после сжигания каменного угля и кокса или бурого угля в котлах промышленных предприятий: на электростанциях, газовых заводах, мусоросжигающих станциях, сахароваренных заводах. Несколько худшего качества получается шлак в котлах железнодорожных локомотивов, в котлах центрального отопления и др. Чем качественнее топливо, тем выше качество шлака. Свежий шлак содержит вредные примеси (золу, несгоревший уголь и др.), снижающие качество заполнителя, от которых следует избавиться.

мусоросжигающая станция в Вене
мусоросжигающая станция в Вене

Использование топливного шлака. При строительстве домов из кирпича шлак применяют прежде всего в качестве материала для засыпки, особенно под деревянные полы. Опасность поражения деревянных полов древесиноразрушающим грибом в данном случае не столь велика, как при засыпке из песка или глины. Раньше чаще, чем теперь, использовали топливный шлак для повышения огнестойкости, тепло- и звукоизоляции деревянных перекрытий. Такое использование шлака недостаточно выгодно. Засыпку под полами можно не делать, если устроить легкую конструкцию пола на столбах высотой 30—60 см.

поражение деревянных полов
поражение деревянных полов

В настоящее время при строительстве одноквартирных домов шлак применяют в качестве выравнивающего шлакобетонного слоя под полами на твердых конструкциях перекрытий и на плоских конструкциях покрытий. Чаще всего покупают шлакобетонные блоки вместо кирпича, реже изготавливают шлакобетонные блоки собственными силами.

шлакобетонный слой под полами
шлакобетонный слой под полами

Несмотря на невысокую стоимость этого материала, применяют его мало, а к шлакобетонным изделиям проявляется большое недоверие. Это объясняется тем» что индивидуальные застройщики, изготовляющие шлакобетонные изделия собственными силами, используют чаще всего свежий, неотлежавшийся шлак, который содержит еще много ненужных и даже вредных примесей. Свежий шлак— это всего-навсего отход, а ценный строительный материал можно из него получить только в результате тщательной обработки, что происходит в природе в теченне длительного времени под действием дождей, ветра и солнца.

шлакобетонные плиты
шлакобетонные плиты

Если изготавливать шлакобетонные блоки из свежего, необработанного шлака, для соединения большого количества золы и слишком мелких составных частей расходуется намного больше вяжущего — ценного цемента - изделия при этом получаются недостаточно прочными. Если шлак содержит большое количество вредных примесей, блоки во влажной среде разрушаются и причиняют большой ущерб.

блок из легкого бетона
блок из легкого бетона
Самодельные шлакоблоки для строительства дома

Другой причиной недоверия к шлакобетонным блокам является сомнение в их теплоизоляционной способности. К сожалению, эти сомнения в большинстве случаев оправдываются. Недостаточной теплоизоляционной способностью характеризуются блоки, неумело изготовленные хозяйственным способом, а иногда и блоки заводского изготовления, в которые примешивают много обыкновенного песка.

изготовление шлакоблоков
изготовление шлакоблоков

Наружные стены не могут быть толщиной 29 см, поскольку они будут промерзать. Следовательно, блоки можно использовать только в комбинации с кирпичной кладкой (общая толщина стен 45 см). Однако эти недостатки можно устранить. Путем обработки и сортировки топливного шлака можно получить легкий и прочный материал, нз которого изготавливают хозяйственным способом пустотелые блоки. Эти блоки даже при толщине 29 см обеспечивают надежную теплоизоляцию, как при кирпичной кладке толщиной 45 см. Если же заполнить пустоты минерализированными опилками, шлакобетонные блоки обеспечат такую же теплоизоляцию, как кирпичная кладка толщиной 90 см. Кладка из шлакобетонных блоков намного дешевле.

стена из шлакоблоков
стена из шлакоблоков

При строительстве дома легкой конструкции с мансардой из шлакобетонных блоков для кладки стен, перемычек и перекрытия над подвалом расходуется всего 34—36 м3 шлакобетона, т. е. 43—48 м3 просеянного шлака» полученного из 60—70 м3 непросеянного шлака.

непросеянный шлак
непросеянный шлак

Затраты на шлак очень невысокие: 10—20 чех. крон стоит 1 м3 шлака (многие заводы отдают шлак вообще бесплатно); 40—44 чех. кроны стоит транспортировка 1 м3 шлака. Следовательно, расходы на приобретение и транспортировку 60—70 м3 шлака составят 3000— MS0 чех, крон. Эта сумма не столь велика, если учесть экономию, обеспечиваемую заменой кирпича шлакобетонными блоками. Если удается получить шлак бесплатно, можно сэкономить 600—700 чех, крон. Если приобретают дешевое транспортное средство и привозят шлак не издалека, экономят еще 1000—2000 чех. крон.

чешская крона
чешская крона

Обработка топливного шлака. Свежий шлак, как правило, содержит большое количество ненужных примесей, особенно золы, мелких кусочков угля, а также слишком много вредной серы, извести и магния.

Чем больше в шлаке несгоревшего угля, тем он темнее, Несгоревшего угля и пыли в шлаке содержится до 40%, т, е. 40 кг в 100 кг свежего шлака. Изделия из такого шлака неогнестойки и требуют большого расхода вяжущего. Кроме того, куски некоторых видов угля, например бурого, набухают в бетоне, вызывая его разрушение. Черный каменный уголь не набухает, но со временем распадается.

известь
известь

Для того чтобы определить содержание в шлаке негоревшего угля, нужно 1 кг шлака выжечь в печке и после охлаждения определить, на сколько уменьшилась масса шлака. Освободить шлак от пыли можно очень быстро путем просеивания через сито с ячейками 2— 2,5 мм. Правда, этот способ не является лучшим, поскольку при просеивании теряется много ценного шлакового песка, а крупные несгоревшие куски угля остаются. Если шлак долго лежит в отвалах возле промышленных предприятий, то несгоревшие кусочки угля в них воспламеняются и сгорают, превращаясь в золу, которую вымывают дожди. Поэтому старый, лежалый шлак (темно-серого цвета) не содержит угля, золы и вредных примесей — серы и свободной извести. Именно такой шлак, из которого нужно только удалить крупные куски угля, нужен для изготовления шлакобетонных блоков и других строительных изделий высокого качества.

шлаковый песок
шлаковый песок

Примеси серы в шлаке особенно вредны, ибо, реагируя с цементом, образуют соединения, разрушающие шлакобетон. Особенно опасна сера для стальной арматуры {во влажной среде вызывает коррозию). Столь же вредны для шлакобетона известь (окись кальция) и окись магния. Особенно вредна для шлакобетона пережженная известь, которая гасится очень медленно, увеличивается при этом в объеме почти в 2 раза, тем самым разрушая шлакобетон. Чрезмерное содержание извести в шлаке можно обнаружить невооруженным глазом.

окись магния
окись магния

Чтобы избавиться от всех перечисленных вредных примесей, необходимо ускорить процесс» происходящий в природе: проветривание и промывку водой. Для этого следует заранее завезти шлак на строительную площадку (лучше к осени или под зиму) и сложить в кучу высотой до 2 м. До наступления весны шлак успеет промыться, известь  погаситься.

строительная площадка
строительная площадка

Если необходимо ускорить обработку шлака, его следует просеять через сито с ячейками размером 2— 2,5 мм и затем хотя бы в течение месяца ежедневно обливать водой.

Помимо удаления вредных веществ обработку шлака проводят и с другой целью — получить шлак легкий и прочный. Хороший, но не просеянный шлак имеет объемную массу 800—1000 кг/м3 и содержит в порах 60— 70% воздуха. Масса самого мелкого шлака (крупность зерен до 1 мм) 900—1000 кг/ма; шлака с крупностью зерен 3—7 мм — 500—600 кг/мэ; шлака с крупностью зерен 8—16 мм — 400—500 кг/м3.

завод по переработке шлаков
завод по переработке шлаков

Таким образом, удалив пыль, золу, очень мелкие зерна и несгоревшие кусочки угля, получают наиболее легкий шлак, обеспечивающий высокую прочность бетона.

Шлакобетон, используемый для изготовления блоков, особенно армированных элементов (оконных перемычек, плит перекрытия и др.), обладает достаточной прочностью только при условии, если в нем содержится 30— 40% шлакового песка размером зерен до 5 мм и 60— 70% песка с более крупными зернами. В шлакобетоне, армированном сталью, и в пустотелых блоках с толщиной стенок до 4 см не должно быть зерен крупнее 8 мм; R блоках с более толстыми стенками — крупнее 10 см. В шлаке не должно содержаться очень мелких зерен (до 0,2 мм) более 10%, пестревшего угля — более 10%, окиси серы — максимум 1%, Если шлак из каменного угля оставить на открытом воздухе на три месяца, а из бурого угля — на шесть месяцев, да еще при этом облипать водой, то вредные вещества из шлака исчезнут.

Диоксид серы
Диоксид серы

Необходимый гранулометрический состав обеспечивают просеиванием через сита с ячейками 2; 2,5 и 8 мм. Крупные куски шлака - наиболее ценные и от них не следует избавляться. Шлак просеивают перед началом работ. Затем берут на прокат дробилку и дробят крупный шлак, после чего еще раз просеивают. Дробление крупного шлака - - очень трудоемкое занятие. Однако что необходимо, в противном случае крупный шлак придется использовать для засыпки, уплотнения дорожек и двора. В результате общий расход шлака увеличится.

Крупные куски шлака
Крупные куски шлака

Использование металлургического шлака. Доменный шлак образуется в доменных печах при восстановлении железной руды коксом. Тяжелое расплавленное железо оседает на дно, а легкие фракции шлака остаются наверху.

Если шлак остывает медленно, воздух из него выходит и получается плотный шлак (а после раздробления — кускообразный и тяжелый), который можно использовать только в качестве заполнителя для тяжелых бетонов, применяемых в дорожном строительстве. Если расплавленный жидкий шлак быстро охладить струей воды, получают шлак очень легкий с крупностью зерен 5—7 мм и объемной массой около 700 кг/м3.

Огненно-жидкие шлаки
Огненно-жидкие шлаки

Если раскаленный шлак искусственно вспенить и быстро охладить, получится пенистый шлак или искусственная пемза—материал еще более легкий, объемной массой 400—600 кг/м3. Это прекрасный заполнитель для легких бетонов, для изготовления шлакобетонных блоков, армированных плит и перемычек. К сожалению, их объемная масса порой достигает 100 кг/м3, что снижает ценность материала.

Шлаковая пемза
Шлаковая пемза

Металлургический шлак обрабатывают так же, как топливный. Поскольку объемная масса металлургического шлака очень непостоянна, необходимо смешать шлак из разных отвалов для получения более постоянной объемной массы шлака. Изделия, изготовленные из этого шлака, имеют также более или менее одинаковую объемную массу и одинаковую теплоизоляционную способность.

шлакобетонные блоки
шлакобетонные блоки

  Уголь в пищевой промышленности

Каменный уголь (E153) - краситель чёрного цвета. Обычно получают из сжигаемого растительного материала, но может быть и животного происхождения.

В качестве пищевого красителя запрещён в США и других странах. E153 входит в список пищевых добавок, разрешенных к применению на территории РФ (Санитарные правила и нормы СанПиН 2.3.2.560-96).

Умеренно токсичен при приеме внутрь, контакте с кожей и вдыхании, может быть канцерогенным.

E153 краситель
E153 краситель

Возможное пищевое использование: концентрированный фруктовый сок, джемы, желейные конфеты, леденцы с лакрицей, кондитерские изделия.

Уголь (пищевая добавка Е153) – ископаемое органическое вещество, которое образуется под землей из древних растений. В пищевой промышленности иногда используется в качестве добавки-красителя Е153.

В России впервые каменный уголь упоминается в 1696 году, но становление угольной промышленности пришлось на первую четверть XIX века, когда были открыты основные угольные бассейны и началась активная добыча угля для производственных предприятий.

кондитерские изделия
кондитерские изделия

Добывается это вещество различными способами, в зависимости от глубины залегания. Если она не превышает 100 метров, то добыча ведется открытым способом, если угольный пласт расположен глубже, то прибегают к подземным способам добычи. Для самых глубоких месторождений строятся специальные угольные шахты, самые глубокие из них имеют глубину более 1200 метров.

первая угольная шахта
первая угольная шахта

В пищевую промышленность добавка Е153 поступает после измельчения и тщательной очистки каменного угля. В последнее время все более широкое распространение получает другой метод получения добавки Е153 - метод карбонизации. Суть данного способа получения заключается в искусственном процессе карбонизации растительных материалов. В качестве сырья используются различные виды древесины, кожура кокосовых орехов и другие растительные продукты. Сырье помещают в специальные установки, где посредством высокой температуры и высокого давления растительные материалы превращаются в древесный уголь. Такой метод получения добавки Е153 позволяет избавиться от нежелательных примесей. Кроме того варьируя различные исходные продукты можно получить краситель определенного цвета, вкуса, химических и физических характеристик.

древесный уголь
древесный уголь

В пищевой промышленности краситель Е153 используется в основном для украшения кондитерских изделий и окрашивания напитков.

Добавка Е153 является безопасной, хотя и не свойственной организму человека. Большая часть красителя Е153 не усваивается в кишечнике и выводится из организма вместе с остатками пищи.

Добавка Е153 разрешена для использования в пищевой промышленности в Украине, России и многих других странах.

напитки
напитки
E153: уголь растительный, вред или польза?

По поводу использования красителя E153 Каменный уголь в настоящее время среди специалистов ведется немалое количество споров, так как являясь веществом природного происхождения с одной стороны, он все же обладает умеренной токсичностью для организма человека. Применение данного красителя не запрещено во многих мировых странах, за исключением Соединенных Штатов Америки. Между тем, в России также известны многие свойства красителя E153 Каменный уголь, в связи с чем использование этого элемента в пищевой промышленности запрещено.

e153 добавка
e153 добавка

Прежде всего, E153 применяется в мире как пищевой краситель при окрашивании таких продуктов питания, как джемы, фруктовые соки, сыры, желейные конфеты и некоторые другие кондитерские изделия.

Состав красителя E153 Каменный уголь обусловлен его природным происхождением – добывают это вещество открытым и подземным способами. Если уголь залегает на глубине менее 100 метров, его добычу ведут открытым способом, а в случае более глубокого залегания производят его подземную добычу.

краситель E153
краситель E153

Черный уголь не сразу становится добавкой пищевой, а происходит это только после того, как сырье пройдет стадии очистки, измельчения и карбонизации. Последний метод стал широко применяться не так давно – это способ получения древесного угля на основе природного растительного сырья: к примеру, кокосовой кожуры или древесины.

кокосовая кожура
кокосовая кожура

Карбонизация является отличным способом избавления древесного угля от вредных примесей, а также получения различных вариантов цвета и вкуса добавки. Химические и физические свойства, а также состав красителя E153 Каменный уголь также могут варьироваться в зависимости от метода его очистки.

очистка кожуры кокоса
очистка кожуры кокоса

По некоторым источникам вред красителя E153 Каменный уголь заключается в его канцерогенном эффекте, что может стать причиной возникновения и роста злокачественных опухолей. Кроме того, при вдыхании и контакте с кожей E153 способен оказывать раздражающее действие с токсическим эффектом.

злокачественная опухоль
злокачественная опухоль

Помимо вышесказанного, о вреде красителя E153 Каменный, древесный уголь говорит и тот факт, что он может способствовать развитию определенных заболеваний ЖКТ. Однако, из-за того, что данное вещество практически не всасывается кишечником и выводится в первоначальном виде из организма, эти болезни – явление достаточно редкое.

 

кишечник
кишечник

  Уголь в медицине

Активированный (или активный) уголь (от лат. carbo activatus) - это адсорбент - вещество с высоко развитой пористой структурой, которое получают из различных углеродсодержащих материалов органического происхождения, таких как древесный уголь, каменноугольный кокс, нефтяной кокс, скорлупа кокоса, грецкого ореха, косточки абрикоса, маслины и других плодовых культур. Наилучшим по качеству очистки и сроку службы считается активированный уголь (карболен), изготовленный из скорлупы кокоса, а благодаря высокой прочности его можно многократно регенерировать.

нефтяной кокс
нефтяной кокс

Активированный уголь с точки зрения химии – это одна из форм углерода с несовершенной структурой, практически не содержащая примесей. Активированный уголь на 87-97 % по массе состоит из углерода, также может содержать водород, кислород, азот, серу и другие вещества. По своему химическому составу активированный уголь сходен с графитом, материалом, используемым, в том числе в обычных карандашах. Активный уголь, алмаз, графит – это все различные формы углерода, практически не содержащие примесей.

алмаз
алмаз

По своим структурным характеристикам активные угли относятся к группе микрокристаллических разновидностей углерода - это графитовые кристаллиты, состоящие из плоскостей протяженностью 2-3 нм, которые в свою очередь образованы гексагональными кольцами. Однако типичная для графита ориентация отдельных плоскостей решетки относительно друг друга в активных углях нарушена - слои беспорядочно сдвинуты и не совпадают в направлении, перпендикулярном их плоскости. Кроме графитовых кристаллитов активированные угли содержат от одной до двух третей аморфного углерода, наряду с этим присутствуют гетероатомы. Неоднородная масса, состоящая из кристаллитов графита и аморфного углерода, определяет своеобразную пористую структуру активированных углей, а также их адсорбционные и физико-механические свойства. Наличие химически связанного кислорода в структуре активных углей, образующего поверхностные химические соединения основного или кислого характера, значительно влияет на их адсорбционные свойства. Зольность активного угля может составлять 1-15 %, иногда его обеззоливают до 0,1-0,2 %.

графитовый кристаллит
графитовый кристаллит

Для производства активированного угля используют печи различного типа и конструкции. Наибольшее распространение получили: многополочные, шахтные, горизонтальные и вертикальные роторные печи, а также реакторы с кипящем слоем. Основные свойства активных углей и прежде всего пористая структура определяются видом исходного углеродсодержащего сырья и способом его переработки. Сначала углеродсодержащее сырье измельчают до размера частиц 3-5 см, затем подвергают карбонизации (пиролизу) - обжигу при высокой температуре в инертной атмосфере без доступа воздуха для удаления летучих веществ. На стадии карбонизации формируется каркас будущего активного угля - первичная пористость и прочность.

 

таблетки активированного угля
таблетки активированного угля

Однако, полученный карбонизированный уголь (карбонизат) обладает плохими адсорбционными свойствами, поскольку размеры его невелики и внутренняя площадь поверхности очень мала. Поэтому карбонизат подвергают активации для получения специфической структуры пор и улучшения адсорбционных свойств. Сущность процесса активации состоит во вскрытии пор, находящихся в углеродном материале в закрытом состоянии. Это делается либо термохимически: предварительно материал пропитывают раствором хлорида цинка ZnCl2, карбоната калия К2СО3 или некоторыми другими соединениями и нагревают до 400-600С без доступа воздуха, либо, наиболее распространенным путем обработки - перегретым паром или углекислым газом СО2 или их смесью при температуре 700-900С в строго контролируемых условиях. Активация водяным паром представляет собой окисление карбонизованных продуктов до газообразных.

Источники и ссылки

  Источники текстов, картинок и видео

ru.wikipedia.org - ресурс с статьями по многим темам, свободная экциклопедия Википедия

youtube.com - ютуб, самый крупный видеохостинг в мире

video.yandex.ru - видеохостинг кампании Яндекс

images.yandex.ru - база фотографий от кампании Яндекс

energetika.in.ua - сайт издания "Энергетика: история, настоящее и будущее"

dic.academic.ru - словари и энциклопедии на академике

gornoprom.com - горнопромыщленный портал Украины

avtonomstroi.ru - сайт строительной кампании "Автономстрой"

mining-enc.ru - обширная горная энциклопедия интернета

ku-ural.ru - сайт строительной кампании ООО «Ресурсуголь»

ru.wiktionary.org - интернет словарь от википедии, викисловарь

doklad-na-temu.ru - познавательный портал "Доклад на тему"

bse.sci-lib.com - интернет сайт большой советской энциклопедии

miningwiki.ru - свободная шахтёрская энциклопедия miningwiki

masters.donntu.edu.ua - портал магистров ДонНТУ

prof-kuzbass.ru - сайт об угольной промышленности Кузбасса

newsruss.ru - энциклопедический сайт newsruss

bibliotekar.ru - энциклопедическийсловарь юного техника

x-mineral.ru - познавательный портал о полезных ископаемых

rospriroda.ru - познавательный сайт о природе России

geologiazemli.ru - портал о геологии на земном шаре

haiyuan-group.ru - сайт кампании HAIYUAN GROUP в России

ruslekar.info - портал про медицину "Медицинская правда"

chemsystem.ru - группа кампаний "Химические системы"

sibsiu.ru - сайт Сибирского государственного индустриального университета

coal.in.ua - сайт "Уголь Донбасса"

uglex.com - электронная угольная прощадка

nstu.ru - сайт Новосибирского государственного технического университета

infoniac.ru - сайт интересных фактов о нашем мире

svobd.ru - христианский портал "Свобода"

 

  Ссылки на интернет сервисы

forexaw.com - информационно-аналитический портал по финансовым рынкам

google.ru - крупнейшая поисковая система в мире

video.google.com - поиск видео в интернете черег Гугл

translate.google.ru - переводчик от поисковой системы Гугл

maps.google.ru - карты от Гугл для поиска мест описываемых в материале

yandex.ru - крупнейшая поисковая система в России

wordstat.yandex.ru - сервис от Яндекса позволяющий анализировать поисковые запросы

maps.yandex.ru- карты от Яндекса для поиска мест описываемых в материале

  Ссылки на прикладные программы

windows.microsoft.com - сайт корпорации Майкрософт, создавшей ОС Windows

office.microsoft.com - сайт корпорации создавшей Майкрософт Офис

chrome.google.ru - часто используемый браузер для работы с сайтами

hyperionics.com - сайт создателей программы снимка экрана HyperSnap

  Создатель статьи

vk.com/id247347352 - профиль ВКонтакте

odnoklassniki.ru/profile/563290874513 - профиль в Однокласниках

facebook.com/alexandr.miheev.98 - профиль в Фейсбук

twitter.com/eryto3 - профиль в Твитере

plus.google.com/u/0/101234794800795952242 - профиль на Гугл+

eryto3.ya.ru - профиль на Ми Яндекс Ру

eryto3.livejournal.com - блог в Живом Журнале

my.mail.ru/inbox/eryto4 - профиль на Мой Мир @ Майр Ру

liveinternet.ru/users/eryto3/profile - блог на ЛайвИнтернет

eryto3.blogspot.ru - блог на Блогерге

linkedin.com/profile/view?id=341272613 - профиль в ЛинкДин