Из чего и как образуется уголь. Уголь в России: основные месторождения, классификация угля и характеристика

Периоды накопления и активного использования ископаемого угля несоизмеримы с периодом существования человечества. Возраст угольных месторождений, накапливавшихся в течение миллионов лет, составляет десятки и сотни миллионов лет; активное использование угля началось менее 270 лет назад. При нынешних темпах угледобычи разведанных запасов угля хватит примерно на 500 лет.

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 (рис. 7.1) говорил, что каменный уголь – это отвердевшая нефть.

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.

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.

В Западной Европе уголь стал использоваться позже. До XVII века для выплавки металла применялся исключительно древесный уголь. Бурное развитие металлургии в

Георг Агрикола (Agricola) (1494–1555), настоящая фамилия Бауэр (Bauer), – немецкий ученый в области геологии, горного дела и металлургии, естествоиспытатель. В 1527–1530 гг. он работал в Санкт-Иоахимстале (Богемия) врачем и аптекарем. Здесь он познакомился с горным пробирным анализом и техникой плавки, приобрел обширные познания в минералогии, геологии, горном деле и металлургии. В 1530 г. Г.Агрикола опубликовал свою первую написанную на латинском языке книгу «Берманнус. Разговор о горном деле», в которой речь шла преимущественно о горной добыче серебра и «опыте работы с минералами». В следующем научном труде Агриколы рассказывается в основном о разработке рудных месторождений, выплавке металлов, добыче соли и горных машинах. Эта монография, состоящая из 12 книг, вышла в свет в 1556 г., через несколько месяцев после его смерти, под названием «О горном деле и металлургии» (De re metallica, libri XII). Более двухсот лет этот труд по горному делу, богато иллюстрированный прекрасными рисунками (см., например, рис. 7.2) – почти три сотни гравюр на дереве, – был основным учебником для горняков и металлургов.

XVIII веке потребовало большого количества топлива, поэтому запасы промышленной древесины резко сокращались. Заменой древесному углю мог стать ископаемый уголь.

К этому времени относятся усиленные поиски месторождений ископаемого угля в различных странах. Интересна история начала потребления каменного угля в Вели

Начало развития Донбасса связано с прозорливостью Петра I, который обратил внимание на образцы местного угля во время Азовского похода в 1696 г. По преданию Петр I произнес: «Сей минерал, если не нам, то нашим потомкам зело полезен будет». В 1722 г. он подписал указ об учреждении Донецкого угольного бассейна. Интересно, что к концу XVII века уголь в европейской промышленности практически еще не применялся, а во всей английской угледобыче было занято не более 150 человек, так что решение Петра было гениальной догадкой.

кобритании. 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».

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».

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.

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.

Между историками идет спор о первооткрывателях угля в Донбассе. Длительное время считалось, что первооткрывателем каменного угля в Донецком бассейне является Григорий Капустин (рис. 7.3), который в 1721 г. открыл месторождения в районе рек Дона, Курдючей и Осереди.

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.

Григорий Григорьевич Капустин – подьячий села Даниловского, бывшего Костромского уезда. Обследовав районы Верхнего и Среднего Дона, Капустин произвел потом разведку угля в прибрежной полосе Северского Донца (рис. 7.4). Местные поселяне, преимущественно из запорожских казаков, рассказали ему, что они уже давно используют горючий камень в кузницах, и показали свои угольные копи. В начале января 1722 года Григорий Капустин докладывал об итогах экспедиции:

«Доносит Вам рудных дел подьячий Григорий Капустин, что мною вынуто из Донецкой земли уголье близ речки Кундрючья. Прошу принять и опробовать его в лаборатории».

Берг-коллегия, по заданию которой и осуществлялась экспедиция и в составе которой были в основном иностранцы, не отнесла открытие Капустина к числу имеющих промышленное значение.

Но вот в январе 1724 года Петр Первый получает донос Бахмутского управителя Никиты Вепрейского и капитана Семена Чиркова, в котором те сообщали, что на угле, добытом в окрестностях Лисьей балки, бахмутские мастеровые люди варят соль и делают различные кузнечные поковки, а жители близлежащих поселений используют горючий камень для отоплений жилищ.

Вот тогда вдогонку Григорию Капустину Берг-коллегия и направила срочную депешу, в которой изменялся очередной маршрут экспедиции и предписывалось побывать на берегах рек Северского Донца и Верхней Беленькой.

Испытывая недостатки в пище и деньгах, экспедиция Григория Капустина осенью 1724 года, преодолевая все трудности, изучила возле реки Беленькой, в Лисьей балке, невиданный до того пласт угля высотой в 1,14 метра. Это была «эврика» в угольных раскопках, которая удивила иностранных горных инженеров.

Сообщение Григория Капустина о найденных им залежах каменного угля в Донбассе в условиях дворянскокрепостной России не сразу стало основой для промышленной разработки богатых залежей на юге страны, хотя он настойчиво боролся за быстрейшее использование своих открытий.

Лишь через семьдесят лет в Лисьей балке была заложена первая шахта по добыче угля в Донбассе. Здесь, в Лисичанске, впервые началась промышленная разработка углей.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Первые достоверные сведения об организованных поисках и разведке полезных ископаемых, в частности углей, в России относятся к периоду царствования Петра I.

Указом Петра I в 1719 г. была организована Берг-коллегия (Берг-привилегия), которой поручалось руководство горной промышленностью страны и разведка полезных ископаемых. Берг-коллегия привлекла население «как собственных, так и на чужих землях искать, копать, плавить, варить и чистить всякие металлы... и всякие руды земли и каменья».

Первые статистические данные о добыче угля за 1796–1801 гг. свидетельствуют, что в эти годы было добыто 2,4 тыс. т, в 1810 г. – 2,5 и в 1820 г. – 4,1 тыс. т угля.

Еще в 1757 г. М.В. Ломоносов в своем «Слове о рождении металлов» высказал гипотезу о растительном происхождении углей и первый выдвинул идею о том, что каменный уголь образовался из торфа. Эта мысль позже легла в основу общепринятой теперь «теории превращений». Первая работа по изучению каменных углей под микроскопом принадлежит горному инженер-капитану Иваницкому (1842 г.), который писал: «Растительное происхождение каменного угля несомненно и почти можно считать доказанным. Оно основано на постепенностях перехода от торфа и бурого угля до самых кристаллических видов каменного угля и антрацита».

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Из угля были получены отравляющие газы, столь ужасно проявившие себя на полях сражений первой мировой войны. Но на основе угля же, правда, сначала древесного, было изготовлено средство защиты от них. Лечебные качества древесного угля были описаны еще Гиппократом за 400 лет до н.э., но лишь в 1785 г. видный русский химик и фармацевт академик Т.Е. Ловиц показал, что они являются следствием его поглощающих, или адсорбционных, свойств. Ловиц не только заложил основы учения об адсорбции, но и эффективно применил древесный уголь для очистки и обесцвечивания сахарных сиропов и патоки, питьевой воды, сырой селитры и даже алкоголя.

В годы первой мировой войны русский профессор Н.Д. Зелинский изобрел способы активации древесного угля водяным паром и органическими веществами и успешно применил активированный уголь в противогазах. В настоящее время промышленность потребляет много тысяч тонн технических активированных углей, главным образом для очистки сточных вод. Эти технические адсорбенты получают путем активации уже не древесных, а ископаемых углей.

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.

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.

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.

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 расширя

ет топливную базу коксовой промышленности.

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.

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.

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 преи

муществ. 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.

С древности каменный уголь является источником энергии для человечества, не единственным, но широко применяемым. Иногда его сравнивают с солнечной энергией, законсервированной в камне. Его сжигают, получая тепло для отопления, нагревая воду, на тепловых станциях преобразуют в электричество, используют для выплавки металлов.

С развитием новых технологий научились использовать каменный уголь не только для получения энергии путем сжигания. Химическая промышленность успешно освоила технологии производства , редких металлов — галлия и германия. Извлекаются из него композиционные углеграфитовые материалы с высоким содержанием углерода, газообразное топливо высокой калорийности, отработаны методики производства пластмассы. Самый низкосортный уголь, его очень мелкую фракцию и угольную пыль перерабатывают и , которые отлично подходят для отопления как производственных помещений так и частных домов. Всего с помощью химической переработки каменного угля производят более 400 наименований продукции, стоить которые могут в десятки раз больше, чем исходный продукт.

Люди уже несколько веков активно используют уголь как топливо для получения и преобразования энергии, с развитием химической промышленности и потребностей редких и ценных материалов в других отраслях потребность в каменном угле возрастает. Поэтому интенсивно ведется разведка новых месторождений, строятся карьеры и шахты, предприятия по переработки сырья.

Кратко о происхождении каменного угля

На нашей планете много миллионов лет тому назад во влажном климате бурно развивалась растительность. С тех пор минуло 210…280 миллионов лет. Тысячелетиями, миллионами лет миллиарды тонн растительности отмирали, скапливались на дне болот, покрывались слоями наносов. Медленное разложение в бескислородной атмосфере под мощным прессом воды, песка, других пород, иногда в условиях высоких температур из-за близкого расположения магмы, привело к окаменению слоев этой растительности, с постепенным перерождением в уголь разной степени углефикации.

Основные российские месторождения и добыча каменного угля

На планете насчитывают запасы каменного угля выше 15 триллионов тонн. Самые большие добычи полезных ископаемых приходятся на каменный уголь, примерно по 0,7 тонны на человека, это более 2,6 миллиарда тонн в год. В России каменный уголь имеется в разных регионах. Он имеет разные характеристики, особенности и глубину залегания. Вот наиболее крупные и успешно разрабатываемые бассейны каменного угля:

Активное использование сибирских и дальневосточных месторождений ограничивает их удаленность от промышленных европейских регионов. В западной части России также добывается уголь с отличными показателями: в Печерском, Донецком угольных бассейнах. В Ростовской области активно разрабатывают локальные месторождения, наиболее перспективное из них — Гуковское. Переработка каменного угля с этих месторождений дает марки каменного угля высокого качества — антрациты (АС и АО).

Основные качественные характеристики каменного угля

Для разных отраслей промышленности требуется различные марки угля. Качественные показатели его изменяются в широких пределах даже у тех, которые имеют одинаковую маркировку и во многом зависят о месторождения. Поэтому предприятия, прежде чем закупать уголь, знакомятся с такими его физическими характеристиками:

По степени обогащения каменный уголь разделяют:

• — Концентраты (сжигают для отопления в паровых котлах и получения электроэнергии);
• — Промышленные продукты, используются в металлургической отрасли;
• — Шлам, фактически это мелкая фракция (до 6мм) и пыль после дробления породы. Сжигать такое топливо проблематично, потому из него формуют брикеты, имеющиех хорошие эксплуатационные характеристики и используют в бытовых твердотопливных котлах.

По степени углефикации:

• — Бурый уголь, это частично сформированный каменный уголь. Имеет невысокую теплоту сгорания, при перевозке и хранении крошится, имеет склонность к самовозгоранию;
• — Каменный уголь. Имеет множество разных марок (сортов) с различными характеристиками. Имеет широкую область использования: металлургия, энергетика, ЖКХ, химическая промышленность и т.п.
• — Антрациты — самая качественная форма каменного угля.

Если сравнивать торф и каменный уголь, теплота сгорания угля выше. Самая низкая теплота сгорания у бурого угля, самая высокая — у антрацитов. Однако, исходя из экономической целесообразности, большим спросом пользуется простой каменный уголь. У него оптимальное сочетание цены и удельной теплоты горения.

Различных характеристик угля очень много, но далеко не все из них могут иметь значение при выборе угля для отопления. В этом случае важно знать всего несколько ключевых параметров: зольность, влажность и удельную теплоемкость. Может быть важно содержание серы. Остальные требуются при подборе сырья на переработку. Что важно знать при выборе угля, так это размеры: насколько крупные куски вам предлагают. Эти данные зашифрованы в названии марки.

Классификация по размерам:

Классификация по маркам и их краткая характеристика:

В зависимости от характеристик каменного угля, его марки, типа и фракции хранится он разное время. (В статье есть таблица, где указаны сроки хранения угля в зависимости от месторождения и марки).

Особое внимание нужно уделять защите угля при длительном его хранении (более 6 месяцев). В этом случае требуется специальный угольный сарай или бункер, где топливо будет защищено от осадков и прямого солнечного света.

Большие кучи угля при длительном хранении требуют контроля температуры, так как при наличии мелких фракций в сочетании с влагой и высокой температурой имеют склонность к самовозгоранию. Желательно приобрести электронный термометр и термопару с длинным шнуром, которую закопать в центре угольной кучи. Проверять температуру нужно один-два раза в неделю, потому что некоторые марки угля самовозгораются при совсем невысоких температурах: бурые – при 40-60 о C, остальные – 60-70 о C. Редко случаются случаи самовозгорания антрацитов и полуантрацитов (в России такие случаи не зарегистрированы).

1. Химические свойства каменного угля

2. Классификация каменного угля

3. Образование каменного угля

4.Запасы каменного угля

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

Химические свойства каменного угля

По химическому составу каменный уголь представляет собой смесь высокомолекулярных ароматических соединений с высокой массовой долей углерода, а также воды и летучих веществ с небольшими количествами минеральных примесей. Таковые примеси при сжигании угля образуют золу. Ископаемые угли отличаются друг от друга соотношением слагающих их компонентов, что определяет их теплоту сгорания. Ряд органических соединений, входящих в состав каменного угля, обладает канцерогенными свойствами.

Большинство залежей каменного угля было образовано в палеозое, преимущественно в каменноугольном периоде, примерно 300—350 миллионов лет тому назад. По химическому составу каменный уголь представляет смесь высокомолекулярных полициклических ароматических соединений с высокой массовой долей углерода, а также воды и летучих веществ с небольшими количествами минеральных примесей, при сжигании угля образующих золу. Ископаемые угли отличаются друг от друга соотношением слагающих их компонентов, что определяет их теплоту сгорания. Ряд органических соединений, входящих в состав каменного угля, обладает канцерогенными свойствами. Содержание углерода в каменном угле, в зависимости от его сорта, составляет от 75 % до 95 %.

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 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).

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.

По составу основного компонента - органического вещества угли подразделяются на три генетические группы: гумолиты, сапропелиты, сапрогумолиты. Преобладают гумолиты, исходным материалом которых явились остатки высших наземных растений. Отложение их произошло преимущественно в болотах, занимавших низменное побережье морей, заливов, лагун, пресноводных бассейнов. Накапливающийся растительный материал в результате биохимического разложения перерабатывался в торф, при этом значительное влияние оказывали обводнённость и химический состав водной среды. Содержание углерода в каменном угле колеблется от 75 до 90 процентов. Точный состав обуславливается месторасположением и условиями преобразования угля. Минеральные примеси находятся либо в тонкодисперсном состоянии в органической массе, либо в виде тончайших прослоек и линз, а также кристаллов и конреций. Источником минеральных примесей в ископаемых углях могут быть неорганические части растений - углеобразователей, минеральные новообразования, выпадающие из растворов вод, циркулирующих в торфяниках и т.д.

В результате длительного воздействия повышенных температур и давления бурые угли преобразуются в каменные угли, а последние - в антрациты. Необратимый постепенного изменения химического состава, физических и технологических свойств органического вещества на стадии превращения от бурых углей до антрацитов носит название метаморфизма углей.

Структурно-молекулярная перестройка органического вещества при метаморфизме сопровождается последовательным повышением в угле относительного содержания углерода, снижением содержания кислорода, выхода летучих веществ; изменяются содержание водорода, теплота сгорания, твердость, плотность, хрупкость, оптичность, электричность и др. физические свойства. Каменные угли на средних стадиях метаморфизма приобретают спекающие свойства - способность гелифицированных и липоидных компонентов органического вещества переходить при нагревании в определенных условиях в пластическое состояние и образовывать пористый монолит - кокс. В зонах аэрации и активного действия подземных вод вблизи поверхности Земли угли подвергаются окислению.

По своему воздействию на химический состав и физические свойства окисление имеет обратную направленность по сравнению с метаморфизмом:

уголь утрачивает прочностные свойства и спекаемость;

в нем возрастает относительное содержание кислорода, снижается количество углерода, увеличивается влажность и зольность, резко снижается теплота сгорания.

Глубина окисления ископаемых углей в зависимости от современного и древнего рельефа, положения зеркала грунтовых вод, характера климатических условий, вещественного состава и метаморфизма колеблется от 0 до 100 метров по вертикали.

Удельный вес каменного угля 1,2 - 1,5 г/см3,теплота сгорания 35000 кДж/кг. Каменный уголь считается пригодным для технологического использования если после сгорания зола составляет 30% или менее. Примитивная добыча ископаемых углей известна с древнейших времён ( , Греция). Существенную роль в качестве топлива уголь стал играть в Британии в 17 веке. Становление угольной промышленности связано с использованием углей, как кокса при выплавке чугуна. Начиная с 19 века крупный приобретатель угля - транспорт. Основные направления промышленного использования угля: производство электроэнергии, металлургического кокса, сжигание в энергетических целях, получение при химической переработке разнообразных (до 300 наименований) продуктов. Возрастает потребление углей для получения высокоуглеродистых углеграфитовых конструкционных материалов, горного воска, пластических масс, синтетического, жидкого и газообразного высококалорийного топлива, ароматических продуктов путём гидрогенизации, высоко азотистых кислот для удобрений. Получаемый из каменного угля кокс, необходим в больших количествах металлургической промышленности .

Получение кокса осуществляется на коксохимических заводах. Каменный уголь подвергается сухой перегонке (коксованию) путём нагревания в специальных коксовых печах без доступа воздуха до температуры С. При этом получается кокс - твердое пористое вещество. Кроме кокса при сухой перегонке каменного угля образуются также летучие продукты, при охлаждении которых до 25-75 С образуется каменноугольная смола, аммиачная вода и газообразные продукты. Каменноугольная смола подвергается фракционной перегонке, в результате чего получают несколько фракций:

легкое масло (температура кипения до 170 С) в нем содержится ароматические углеводороды (бензол, толуол, кислоты и др. вещества;

среднее масло (температура кипения 170-230 С). Это фенолы, нафталин;

тяжелое масло (температура кипения 230-270 С). Это нафталин и его гомологи

антраценовое масло - антрацен, фенатрен и др.

В состав газообразных продуктов (коксового газа) входят бензол, толуол, ксиолы, фенол, аммиак и другие вещества. Из коксового газа после очистки от аммиака, сероводорода и цианистых соединений извлекают сырой бензол, из которого выделяют отдельные углеводороды и ряд других ценных веществ.

Аморфный углерод в виде каменного угля, а также многие соединения углероды играют важнейшую роль в современной жизни как источники получения различных видов энергии. При сгорании угля выделяется тепло, которое используется для отопления, изготовления пищи и для многих производственных процессов. Большая же часть получаемого тепла превращается в другие виды энергии и затрачивается на совершение механической работы.

Каменный уголь - твердое горючее, полезное ископаемое растительного происхождения. Он представляет собой плотную породу черного, иногда темно-серого цвета с блестящей матовой поверхностью. Содержит 75-97% углерода, 1,5-5,7% водорода, 1,5-15% кислорода, 0,5-4% серы , до 1,5% азота, 2-45% летучих веществ, количество влаги колеблется от 4 до 14%. Высшая теплота сгорания, рассчитанная на влажную беззольную массу каменного угля не менее 238МДж/кг.

Каменный уголь образуется из продуктов разложения органических веществ высших растений, претерпевших изменения в условиях давления различных пород земной коры и под воздействием температуры. С возрастанием степени метаморфизма в горючей массе каменный уголь увеличивает содержание углерода и одновременно уменьшает количество кислорода, водорода, летучих веществ. Изменяется также теплота сгорания угля.

Характерные физические свойства каменного угля:

плотность (г/см3) - 1,28-1,53;

механическая прочность (кг/см2) - 40-300;

удельная теплоемкость С (Ккал/г град) - 026-032;

коэффициент преломления света - 1,82-2,04.

Наиболее крупные по объему добычи месторождения каменного угля в мире это Тунгусский, Кузнецкий, Печорский бассейны - в Российской Федерации; Карагандинский - в Казахстане; Аппалачский и Пенсильванский бассейны - в США; Рурский - в Республики Германии; Большой Хуанхэ - в Китае; Южно-Уельский - в Англии ; Валансьен - во Франции и др.

Применение каменного угля многообразно. Он используется как бытовое, энергетическое топливо, для металлургической и химической промышленности , а также для извлечения из него редких и рассеянных элементов. Угольная, коксохимическая , отрасли тяжелой промышленности осуществляют переработку каменного угля методом коксования. Коксование- промышленный метод переработки угля путем нагревания до 950-1050 С без доступа воздуха. Основынми коксохимическими продуктами являются: коксовый газ, продукты переработки сырого бензола, каменноугольной смолы, аммиака.

Из коксового газа углеводороды извлекают промывкой в скрубберах жидкими поглотительными маслами. После отгонки от масла, разгонки из фракции, очистки и повторной ректификации получают чистые товарные продукты, как-то: бензол, толуол, ксилолы и др. Из непредельных соединений, содержащихся в сыром бензоле, получают кумароновые смолы, использующиеся для производства лаков, красок, линолеума и в резиновой промышленности. Перспективным сырьем является также циклопентадиен, который также получают из каменного угля. Каменный уголь - сырье для получения нафталина и других индивидуальных ароматических углеводородов. Важнейшими продуктами переработки являются пиридиновые основания и фенолы.

Путем переработки в общей сложности можно получить более 400 различных продуктов, стоимость которых, по сравнению,со стоимостью самого угля, возрастает в 20-25 раз, а побочные продукты, получаемые на коксохимических заводах, превосходят стоимость самого кокса.

Очень перспективным является сжигание (гидрогенизация) угля с образованием жидкого топлива. Для производства 1т черного золота расходуется 2-3т каменного угля. Из каменных углей получают искусственный графит. Используются они в качестве неорганического сырья. При переработке каменного угля из него в промышленных масштабах извлекают ванадий, германий, серу, галлий, молибден, свинец. Зола от сжигания углей, отходы добычи и переработки используются в производстве стройматериалов, керамики, огнеупорного сырья, глинозема, абразивов. С целью оптимального использования угля производится его обогащение (удаление минеральных примесей).

Каменный уголь содержит до 97% углерода, можно сказать, лежит в основе всех углеводородов, т.е. в их основе лежат атомы углерода. Часто приходится встречаться с аморфным углеродом в виде угля. По строению аморфный углерод - это тот же графит, но в состоянии тончайшего измельчения. Практическое применение аморфных форм углерода разнообразно. Кокс и уголь - как восстановитель в металлургии при выплавке железа.

Классификация каменного угля

Каменный уголь образуются из продуктов разложения органических остатков высших растений, претерпевших изменения (метаморфизм) в условиях давления окружающих пород земной коры и сравнительно высокой температуры. С возрастанием степени метаморфизма в горючей массе каменный уголь последовательно увеличивается содержание углерода и одновременно уменьшается количество кислорода, водорода, летучих веществ; изменяются также теплота сгорания, способность спекаться а др. свойства. На изменении этих качеств, определяемых по результатам термического разложения угля (выход летучих веществ, характеристика нелетучего остатка), строится принятая в СССР промышленная классификация

Каменный уголь по маркам:

длиннопламенные (Д),

газовые (Г),

газовые жирные (ГЖ),

жирные (Ж),

коксовые жирные (КЖ),

коксовые (К),

отощенные спекающиеся (ОС),

тощие (Т),

слабоспекающиеся (СС),

полуантрациты (ПА)

антрациты (А).

Иногда антрациты выделяются в отдельную группу. Для коксования используются в основном каменный уголь марок Г, Ж, К и ОС, частично Д и Т. По мере перехода каменный уголь от марки Д к маркам Т—А происходит уменьшение влаги в рабочем топливе от 14% у каменный уголь марки Д до 4,5—5,0% у марок Т—А; уменьшение содержания (в горючей массе) кислорода от 15% до 1,5%; водорода — от 5,7% до 1,5%; содержание серы , азота и золы не зависит от принадлежности к той или иной марке. Теплота сгорания горючей массы каменный уголь последовательно возрастает от 32,4 Мдж/кг (7750 ккал/кг) у марки Д до 36,2—36,6 Мдж/кг (8650—8750 ккал/кг) у марки К и снижается до 35,4—33,5 Мдж/кг (8450—8000 ккал/кг) у марок ПА и А.

По размеру получаемых при добыче кусков каменный уголь классифицируется на:

плитный (П) — более 100 мм,

крупный (К) — 50—100 мм,

орех (О) — 26—50 мм,

мелкий (М) — 13—25 мм,

семечко (С) — 6—13 мм,

штыб (Ш) — менее 6 мм,

рядовой (Р) — не ограниченный размерами.

Принадлежность к марке и крупность кусков каменный уголь обозначаются буквенными сочетаниями — ДК и пр.

Примерно на таких же принципах, как в СССР, построены классификации каменный уголь в ряде стран Западной Европы. В США наиболее распространена классификация каменный уголь, основанная на выходе летучих веществ и теплоте сгорания, по которой они делятся на суббитуминозные с большим выходом летучих веществ (отвечает сов. маркам Д и Г), битуминозные со средним выходом летучих веществ (соответствует маркам ПЖ и К), битуминозные с малым выходом летучих веществ (ОС и Т) и антрацитовые угли, разделяемые на семиантрациты (частично Т и А), собственно антрациты и метаантрациты (А). Кроме того, существует международная классификация каменный уголь, основанная на содержании летучих веществ, спекаемости, коксуемости и отображающая технологических свойства углей.

Образование каменного угля

Образованиекаменного угля характерно для всех геологических систем начиная от силура и девона, очень широко каменный уголь распространены в отложениях каменноугольной, пермской и юрской систем. Залегают каменный уголь в виде пластов различной мощности (от долей м и до нескольких десятков и более м). Глубина залегания углей различна — от выхода на поверхность до 2000—2500 м и глубже. При современном уровне горной техники добыча rаменного угля может производиться открытым способом до глубины 350 м.

Для образования угля необходимо обильное накопление растительной массы. В древних торфяных болотах, начиная с девонского периода, накапливалось органическое вещество, из которого без доступа кислорода формировались ископаемые угли. Большинство промышленных месторождений ископаемого угля относится к этому периоду, хотя существуют и более молодые месторождения. Возраст самых древних углей оценивается примерно в 350 миллионов лет.

Уголь образуется в условиях, когда гниющий растительный материал накапливается быстрее, чем происходит его бактериальное разложение. Идеальная обстановка для этого создается в болотах, где стоячая вода, обеденная кислородом, препятствует жизнедеятельности бактерий и тем самым предохраняет растительную массу от полного разрушения. На определенной стадии процесса выделяемые в ходе его кислоты предотвращают дальнейшую деятельность бактерий. Так возникает торф — исходный товар для образования угля. Если затем происходит его захоронение под другими наносами, то торф испытывает сжатие и, теряя воду и газы, преобразуется в уголь.

Под давлением толщи осадков мощностью в 1 километр из 20-метрового слоя торфа получается пласт бурого угля толщиной 4 метра. Если глубина погребения растительного материала достигает 3 километров, то такой же слой торфа превратится в пласт каменного угля толщиной 2 метра. На большей глубине, порядка 6 километров, и при более высокой температуре 20-метровый слой торфа становится пластом антрацита толщиной в 1,5 метра.

Способ добычи угля зависит от глубины его залегания. Разработка ведется открытым способом, если глубина залегания угольного пласта не превышает 100 метров. Нередки и такие случаи, когда при все большем углублении угольного карьера далее выгодно вести разработку угольного месторождения подземным способом. Для извлечения угля с больших глубин используются шахты. Самые глубокие шахты на территории России добывают уголь с уровня чуть более 1200 метров.

В угленосных отложениях наряду с углем содержатся многие виды георесурсов, обладающих потребительской значимостью. К ним относятся вмещающие породы как сырье для стройиндустрии, подземные воды, метан угольных пластов, редкие и рассеянные элементы, в том числе ценные металлы и их соединения. Например, некоторые угли обогащены германием.

Запасы каменного угля

Общегеологические запасы каменного угля, в СССР около 4700 млрд. т (по подсчётам 1968), в том числе по маркам (в млрд. т): Д — 1719; Д—Г — 331; Г — 475; ГЖ — 69,4; Ж — 156; КЖ — 21,5; К — 105; ОС — 88,2; СС — 634; Т — 205; Т—А — 540; ПА, А — 139.

Наибольшие запасы каменного угля в СССР находятся в Тунгусском бассейне. Самыми крупными разрабатываемыми бассейнами каменного угля в СССР являются Донецкий, Кузнецкий, Печорский, Карагандинский; в США — Аппалачский и Пенсильванский, в Польше — Верхнесилезский и его продолжение в Чехословакии — Остравско-Карвинский, в ФРГ — Рурский, в Китае — Большой Хуанхэбасс, в Англии — Южно-Уэльсский, во Франции — Валансьеннский и в Бельгии — Брабантский. Применение каменного угля многообразно.

Он используется как бытовое, энергетическое топливо, сырьё для металлургической и химической промышленности, а также для извлечения из него редких и рассеянных элементов.

Два десятилетия подряд уголь находился в тени нефтяного бума. Горы не находившего сбыт угля росли в небо. Закрывались многочисленные шахты, сотни тысяч горняков теряли свое . Район Аппалачей США, когда-то цветущий угольный бассейн, превратился в один из наиболее мрачных районов бедствий. Беспорядочный, проходящий под нажимом монополистов переход на дешевую, импортированную - в основном с Ближнего Востока - нефть обрек уголь на роль “золушки”, лишенной будущего. Однако это не произошло в ряде стран , в том числе и в бывшем СССР, которые учитывали преимущества энергоструктуры, опирающейся на национальные ресурсы.

Угольные запасы рассредоточены по всему миру. Большинство промышленных стран ими не обделено. Землю опоясывают две богатые угольные зоны. Одна простирается через страны бывшего СССР, через Китай, Северную Америку до Центральной Европы. Другая, более узкая и менее богатая, идет от Южной Бразилии через Южную Африку в Восточную Австралию.

Наиболее значительные залежи каменного угля находятся в странах бывшего СССР, США и Китае . Каменный уголь доминирует на западе Европы. Главные каменноугольные бассейны в Евразии: Южный Уэльс, Валансьен-Льеж, Саарско-Лотаргинский, Рурский, Астурийский, Кизеловский, Донецкий, Таймырский, Тунгусский, Южно-Якутский, Фуньшуньский; в Африке: Джерада, Абадла, Энугу, Уанки, Витбанк; в Австралии: Большая Синклиналь, Новый Южный Уэльс; в Северной Америке: Грин-Ривер, Юннта, Сан-Хуан-Ривер, Западный, Иллинойский, Аппалачский, Сабинас, Техасский, Пенсильванский; в пылающему континенту: Караре, Хунин, Санта-Катарина, Консепсьон. На Украине следует отметить Львовско-Волынский бассейн и богатый месторождениями Донбасс.

Источники

bse.sci-lib.com/ Большая Советская энциклопедия

ru.wikipedia.org Википедия - свободная энциклопедия

www.bankreferatov.ru рефератов

dic.academic.ru Словари и энциклопедии на Академике

geography.kz География

www.bibliotekar.ru Библиотекар

poddoni.com/ ПаллетЭк

Энциклопедия инвестора . 2013 .

Смотреть что такое "Каменный уголь" в других словарях:

Каменный уголь - 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. В 1960… … Википедия

Стюарт E. Невинс, магистр наук.

Накопленные, уплотненные и переработанные растения образуют осадочную породу, которая называется углем. Уголь является не только источником огромного экономического значения, но и породой, которая обладает особой привлекательностью для студента, изучающего историю земли. Несмотря на то, что уголь образует менее одного процента всех осадочных пород земли, он имеет огромное значение для геологов, которые доверяют Библии. Именно уголь дает геологу-христианину одно из наиболее сильных геологических аргументов в пользу реальности глобального Ноевого Потопа.

Для того чтобы объяснить формирование угля, было предложено две теории. Популярная теория, которой придерживается большинство униформистских геологов, заключается в том, что растения, из которых состоит уголь, накапливались в огромных пресноводных болотах или торфяных болотах на протяжении многих тысяч лет. Эта первая теория, которая предполагает рост растительного материала в месте его обнаружения, называется автохтонной теорией .

Вторая теория предполагает, что угольные пласты накопились из растений, которые быстро перенеслись из других мест и отложились в условиях затопления. Эта вторая теория, согласно которой происходило перемещение растительного мусора, называется аллохтонной теорией .

Окаменелости в угле

Типы ископаемых растений, которые обнаруживаются в угле, очевидно, не подтверждают автохтонную теорию . Ископаемые деревья плауны (например, Lepidodendron и Sigillaria ) и гигантские папоротники (особенно Psaronius ), характерные для Пенсильванских угольных отложений, могли иметь некоторую экологическую устойчивость к болотистым условиям, тогда как другие ископаемые растения Пенсильванского бассейна (например, хвойное дерево Cordaites , гигантский хвощ зимующий Calamites , различные вымершие папоротникообразные голосеменные растения) в соответствии с их основной структурой должно быть предпочитали хорошо просушенные почвы, а не болота. Многие исследователи считают, что анатомическое строение ископаемых растений указывает на то, что они произрастали в тропических или субтропических климатических условиях (довод, который можно использовать против автохтонной теории), поскольку современные болота являются наиболее обширными и имеют самое глубокое накопление торфа в более прохладных климатических условий более высоких широт. Из-за увеличенной испарительной способности солнца, современные тропические и субтропические области наиболее бедны торфами.

В угле нередко встречаются морские ископаемые , такие как ископаемые рыбы, моллюски и брахиоподы (плеченогие). В угольных пластах обнаруживаются угольные шарики, представляющие собой округлые массы скомканных и невероятно хорошо сохранившихся растений, а также ископаемые животные (включая морских животных), которые имеют непосредственное отношение к этим угольным пластам. Небольшой морской кольчатый червь Spirorbis, как правило, обнаруживается прикрепленным к растениям углей Европы и Северной Америки, которые относятся к Каменноугольному периоду. Поскольку анатомическое строение ископаемых растений мало указывает на то, что они были приспособлены к морским болотам, залегание морских животных вместе с неморскими растениями свидетельствует о том, что смешивание произошло во время перемещения, что таким образом поддерживает модель аллохтонной теории.

Среди наиболее удивительных видов ископаемых, которые обнаруживаются в угольных слоях – вертикально залегающие стволы деревьев , которые перпендикулярно к напластованию часто пересекают десятки футов породы. Эти вертикальные деревья зачастую встречаются в пластах, которые связаны с угольными отложениями, а в редких случаях они обнаруживаются и в самом угле. В любом случае осадочные породы должны накапливаться быстро для того, чтобы покрыть деревья до того, как они испортятся и упадут.

Сколько необходимо времени для образования слоев осадочных пород? Взгляните на это десятиметровое окаменевшее дерево, одно из сотен обнаруживаемых в угольных шахтах Куквиля (штат Теннесси, США). Это деревоначинается в одном угольном слое, идет вверх через многочисленныеслои, и наконец заканчивается в другом угольном пласте. Подумайте вот о чем: что произошло бы с верхней частью дерева за тысячи лет, необходимых(согласно эволюции) для образования осадочных слоев и пластов угля? Очевидно, что образование осадочных слоев и пластов угля должно было бытькатастрофическим (быстрым), чтобы захоронить дерево в вертикальном положении до того, как оно сгниет и упадет. Такие «стоящие деревья» обнаруживаются в многочисленных местах на земле и на разных уровнях.Несмотря на свидетельства, долгие периоды времени (необходимые для эволюции), втискиваются между слоями, чему нет никаких свидетельств.

У кого-то может создаться впечатление, что эти деревья находятся в их первоначальном положении роста, но некоторые данные указывают на то, что это совсем не так, а даже наоборот. Некоторые деревья пересекают пласты по диагонали, а некоторые обнаруживаются вообще перевернутыми. Иногда, оказывается, что вертикально залегающие деревья пустили корни в положении роста в пластах, которые полностью пронизаны вторым вертикально расположенным деревом. Полые стволы ископаемых деревьев, как правило, заполнены осадочной породой, которая отличается от залегающих рядом окружающих горных пород. Применимая к описанным примерам логика указывает на перемещение этих стволов.

Ископаемые корни

Наиболее важным ископаемым, которое имеет прямое отношение к спорам по поводу происхождения угля, является стигмария - ископаемый корень или корневище. Стигмария чаще всего обнаруживается в пластах, которые залегают под угольными пластами и, как правило, имеет непосредственное отношение к вертикальным деревьям. Считалось, что стигмария , которую 140 лет назад исследовали Чарльз Лайель и Д.У. Доусон в угольной последовательности каменноугольного периода в Новой Шотландии, является однозначным доказательством того, что растение росло именно в этом месте.

Многие современные геологи продолжают настойчиво утверждать, что стигмария представляет собой корень, который образовался именно в этом месте, и который уходит в почву, залегающую ниже угольного болота. Угольная последовательность Новой Шотландии была недавно исследована заново Н.A. Рупке, который обнаружил четыре довода в пользу аллохтонного происхождения стигмарии , полученных на основании исследования осадочных отложений. Обнаруживаемое ископаемые, как правило, обломочное и редко прикреплено к стволу – это указывает на предпочтительную ориентировку его горизонтальной оси, которая создалась в результате действия течения. Кроме того, ствол заполнен осадочной породой, которая не похожа на окружающую ствол породу, и он часто обнаруживается на многих горизонтах в пластах, которые полностью пронизаны вертикальными деревьями. Исследование Рупке подвергло серьезным сомнениям популярное автохтонное объяснение других пластов, в которых обнаруживаются стигмарии .

Циклотемы

Уголь обычно залегает в последовательности осадочных пород, которая называется циклотемой . Идеализированная Пенсильванская циклотема может иметь пласты, которые отложились в следующем восходящем порядке: песчаник, глинистый сланец, известняк, подстилающая глина, уголь, глинистый сланец, известняк, глинистый сланец. В типичной циклотеме , как правило, отсутствует один из составляющих пластов. На каждом участке циклотемы каждый цикл отложения обычно повторяется десятки раз, и каждое отложение залегает на предыдущем отложении. В Иллинойсе находится пятьдесят последовательно расположенных циклов, и более ста таких циклов залегает в Западной Вирджинии.

Несмотря на то, что угольный пласт, формирующий часть типичной циклотемы , обычно довольно тонкий (как правило, толщиной от одного дюйма до нескольких футов) латеральное расположение угля имеет невероятные размеры . В одном из проведенных современных стратиграфических исследований4 было проведено соотношение между угольными месторождениями: Броукен Эрроу (штат Оклахома), Кроуберг (штат Миссури), Вайтбрест (штат Айова), Колчестер намбер 2 (штат Иллинойс), Коал IIIa (штат Индиана), Шультцтаун (Западный Кентукки), Принцесс намбер 6 (Восточный Кентукки), и Лоуер Киттаннинг (штаты Огайо и Пенсильвания). Все они образуют один, огромный угольный пласт, который простирается на сотню тысяч квадратных километров в центральной и восточной части Соединенных Штатов. Ни одно современное болото не имеет такую площадь, которая бы хоть чуть-чуть приближалась к размерам Пенсильванских угольных залежей.

Если автохтонная модель образования угля верна, то должны были преобладать очень необычные обстоятельства. Вся территория, часто включающая десятки тысяч квадратных километров, должна была бы одновременно подняться над уровнем моря для того, чтобы произошло накопление болота, а затем она должна была бы опуститься для того, чтобы её затопил океан. Если ископаемые леса поднялись бы слишком высоко над уровнем моря, болото и его антисептическая вода, необходимая для накопления торфа, просто бы испарилась. Если во время накопления торфа в болото вторглось бы море, морские условия уничтожили бы растения и другие осадочные отложения, и торф не отложился бы. Тогда, в соответствии с популярной моделью, формирование толстого угольного пласта указывало бы на сохранение невероятного баланса на протяжении многих тысяч лет между скоростью накопления торфа и повышением уровня моря. Такая ситуация кажется наиболее неправдоподобной, особенно если вспомнить, что циклотема повторяется в вертикальном разрезе сотни раз или даже больше. А может эти циклы лучше всего можно объяснить как накопление, которое происходило во время последовательного повышения и отступления вод потопа?

Глинистый сланец

Когда речь заходит о циклотеме, наибольший интерес вызывает подстилающая глина. Подстилающая глина представляет собой мягкий слой глины, который не расположен в виде пластов и часто залегает под угольным пластом. Многие геологи считают, что это - ископаемая почва, на которой существовало болото. Присутствие подстилающей глины, особенно когда в ней обнаруживаются стигмарии , часто интерпретируется, как достаточно доказательство автохтонного происхождения углеобразующих растений.

Однако недавно проведенное исследование подвергло сомнению интерпретацию подстилающей глины, как ископаемой почвы. Никакие характеристики почвы, которые были бы подобны характеристикам современной почвы, не были обнаружены в подстилающей глине . Некоторые минералы, обнаруженные в подстилающей почве не относятся к типам минералов, которые должны были бы обнаруживаться в почве. Наоборот подстилающие глины, как правило, имеют ритмическую слоистость (на самом дне расположен более крупный зернистый материал) и признаки образования глинистых хлопьев. Это простые характеристики осадочных пород, которые образовывались бы в любом слое, который накапливался в воде.

Многие угольные слои не залегают на подстилающих глинах, и всякие признаки существования почвы отсутствуют. В некоторых случаях угольные пласты залегают на граните, аспидном сланце, известняке, конгломерате или других породах, которые непохожи на почву . Подстилающая глина без расположенного сверху угольного пласта встречается часто, как и подстилающая глина часто залегает сверху угольного пласта. Отсутствие распознаваемых почв ниже пластов угля указывает на то, что здесь не мог расти никакой тип буйной растительности и подтверждает идею о том, что углеобразующие растения были сюда перемещены.

Структура угля

Изучение микроскопического строения и структуры торфа и угля помогает понять происхождение угля. A. Д. Коен был инициатором сравнительного структурного исследования современных автохтонных торфов, образованных из мангровых деревьев и редкого современного аллохтонного прибрежного торфа из южной Флориды. Большинство автохтонных торфов содержали растительные фрагменты, которые имели неупорядоченную ориентацию с преобладающим матриксом более мелкого материала, тогда как аллохтонный торф имел ориентацию, образованную потоками воды с вытянутыми осями растительных фрагментов, которые были расположены, как правило, параллельно к береговой поверхности с характерным отсутствием более мелкого матрикса. Плохо отсортированный растительный мусор в автохтонных торфах имел крупную структуру благодаря переплетенной массе корней, тогда как автохтонный торф обладал характерной микрослоистостью благодаря отсутствию вросших корней.

Проводя это исследование, Коен отметил: "В ходе исследования аллохтонного торфа была выявлена одна особенность, которая заключалась в том, что вертикальные срезы этого материала, сделанные с помощью микротома, выглядели больше похожими на тонкие срезы Каменноугольного угля, чем любой исследуемый автохтонный образец" . Коен обратил внимание на то, что характеристики этого автохтонного торфа (ориентация вытянутых фрагментов, отсортированная зернистая структура с общим отсутствием более мелкого матрикса, микрослоистость с отсутствием спутанной корневой структуры) также являются характеристиками углей Каменноугольного периода !

Глыбы в угле

Одной из наиболее впечатляющих внешних особенностей угля является наличие в нем крупных глыб. На протяжении более ста лет эти крупные глыбы обнаруживаются в угольных пластах по всему миру. П.Х. Прайс провел исследование, в котором изучил крупные глыбы угольного месторождения Сьюелл, которое находится в Западной Вирджинии. Средний вес 40 собранных глыб составлял 12 фунтов, а самый крупный булыжник весил 161 фунт. Многие булыжники представляли собой вулканическую или метаморфическую породу, в отличие от всех других обнажений пород в Западной Вирджинии . Прайс предположил, что крупные глыбы могли вплестись в корни деревьев и перенестись сюда издалека. Таким образом, наличие в угле крупных глыб поддерживает аллохтонную модель.

Углефикация

Споры относительно природы процесса превращения торфа в уголь ведутся на протяжении многих лет. Одна существующая теория предполагает, что именно время является основным фактором в процессе углефикации. Однако эта теория утратила свою популярность, потому что было установлено, что со временем не происходит никакого систематического повышения метаморфической стадии угля. Существует несколько явных несоответствий: лигниты, которые являются самой низшей стадией метаморфизма, залегают в некоторых самых древних углесодержащих пластах, тогда как антрациты, представляющие самую высшую степень метаморфизма угля, залегают в молодых пластах.

Вторая теория относительно процесса превращения торфа в уголь предполагает, что основным фактором в процессе метаморфизма угля является давление . Однако данная теория опровергается многочисленными геологическими примерами, в которых стадия метаморфизма угля не увеличивается в сильно деформированных и складчатых пластах. Более того, лабораторные эксперименты показывают, что увеличение давления фактически может замедлить химическое превращение торфа в уголь.

Третья теория (на сегодня наиболее популярная) предполагает, что самым важным фактором в процессе метаморфизма угля является температура . Геологические примеры (вулканические интрузии в угольных пластах и подземные пожары на шахтах) показывают, что повышенная температура может вызвать углефикацию. Лабораторные эксперименты также были достаточно успешными в подтверждении этой теории. В результате одного проведенного эксперимента с использованием процесса быстрого нагревания всего за несколько минут было образовано вещество, напоминающее антрацит, при этом большая часть тепла была образована в результате преобразования целлюлозного материала. Таким образом, метаморфизм угля не требует миллионов лет воздействия тепла и давления – он может быть образован в результате быстрого нагревания.

Заключение

Мы видим, что множество подтверждающих доказательств решительно доказывают истинность аллохтонной теории и подтверждают накопление множественных угольных слоев во время Ноевого Потопа. Вертикально залегающие ископаемые деревья внутри угольных слоев подтверждают быстрое накопление растительных остатков. Морские животные и наземные (а не растущие и обитающие в болоте) растения, обнаруживаемые в угле, подразумевают их перемещение. Микроструктура многих угольных пластов имеет определенную ориентацию частиц, структуру отсортированных зерен и микрослоистость, что указывает на перемещение (а не на рост в месте залегания) растительного материала. Присутствующие в угле большие глыбы свидетельствуют о процессах перемещения. Отсутствие почвы под многими угольными пластами подтверждают тот факт, что углеобразующие растения плыли по течению. Уголь, как было показано, образует систематические и типичные порции циклотем , которые явно, как и другие породы, отложились водой. Эксперименты по исследованию изменения растительного материала показывают, что для образования напоминающего уголь антрацита вовсе не нужны миллионы лет – он может образовываться быстро под действием тепла.

Ссылки

*Профессор геологии и археологии из Колледжа Христианского наследия, Эль-Каджон, Калифорния.

Ископаемый уголь - первый из используемых человеком видов минерального топлива. Его собирательство с поверхности у побережий морей и рек, где размывались выходы угольных пластов, началось еще в палеолите и продолжалось вплоть до XVI в. Разрабатывались мелкие месторождения, залегающие неглубоко от поверхности земли. Собранный или добытый примитивным ручным способом в мелких горных выработках уголь использовался для отопления жилищ и кузнечных работ.

Ископаемый уголь: Из истории угледобычи

Несмотря на то, что горное дело уже к средним векам стало относительно высокоразвитой отраслью промышленности, и рудники достигали значительной глубины, собственно для угледобычи проводить трудоемкие работы по сооружению шахт считалось нецелесообразным. Но с течением времени потребность в угле росла, и по мере того, как иссякали удобные месторождения, открытый способ добычи постепенно заменялся подземным. В очень редких случаях, в тех местах, где имелись выходы на поверхность мощных пластов угля (Польша, штат Пенсильвания в США), открытая их разработка велась вплоть до XIX в.

Стволы первых шахт представляли собой неглубокие и широкие колодцы. Позднее они углублялись до нескольких десятков метров и расширялись в нижней своей части. Их уже было невыгодно бросать после выемки всего угля и рядом закладывать новые. Началось проведение горизонтальных и наклонных выработок. От основания ствола в разных направлениях прокладывались продольные ответвления, между которыми для крепления сводов оставлялись целики горной породы. В средние века шахты стали многоэтажными: выработки прокладывались от вертикального ствола на разных глубинах. Сразу после выемки угля с целью предотвращения обвалов рабочее пространство укреплялось деревянными стойками, а позднее клетями в форме четырехугольников из крест-накрест сложенных деревянных брусьев.

Развитие и усовершенствование горного дела было напрямую связано с началом индустриальной революции. Потребность в дешевом ископаемом топливе резко возросла после изобретения Джеймсом Уаттом паровой машины, позволившей заменить ручной труд машинным. Увеличение числа машин в разных отраслях промышленности вызвало повышенную потребность в металле. А бурный рост металлургии в свою очередь привел уже к середине XVIII в. к массовому истреблению лесов. Так, в Англии металлургическое производство оказалось под угрозой свертывания из-за недостатка топливных ресурсов, поскольку лесные массивы были почти полностью уничтожены. Жесткая экономическая необходимость заставила вернуться к уже забытым идеям химика Иогана Бехера, открывшего в 1681 г. новый метод получения кокса и смолы из торфа и каменного угля:

«В Голландии имеется торф, в Англии каменный уголь, но и тот и другой почти не употребляются для сжигания в домашних печах или 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 ».

К XVIII в. разработка каменного угля была начата на выходах пластов в Рурском бассейне (крупнейший каменноугольный бассейн Западной Европы, расположенный на территории современной Германии), Саарбрюкенском (Франция), близ Плауэна (на границе современных Германии и Чехии).

Первые сведения о поиске и разведке ископаемых углей в России относятся к периоду царствования Петра I, когда были организованы специальные экспедиции. В 1721 г. открыты каменноугольные залежи на территории современного Донбасса, Подмосковного бассейна, на реке Томь (Кузбасс). Впервые шахтным способом стали разрабатывать месторождения в районе г. Кизел на Урале, г. Тулы (Подмосковный бассейн). Построенная в районе современного Лисичанска (Украина) шахта стала выдавать уголь в 1796 г., больше века оставаясь основным угледобывающим предприятием Российской империи.

В XIX в. горная промышленность стремительно развивалась. Неуклонно увеличивалась добыча всех полезных ископаемых, прежде всего – каменного угля. За последние три десятилетия – в шесть раз. И к концу столетия каменный уголь завоевал мировое лидерство по стоимости добытого продукта (по подсчетам немецких специалистов – более 5 млрд. марок) На втором месте – железо и сталь (чуть более 2-х млрд марок), на третьем – золото (около 800 млн марок).

Угледобыча по отдельным странам на рубеже XIX-XX вв. распределялась следующим образом:

Добыча угля

Несмотря на быстрые темпы развития угледобывающей отрасли в России (прежде всего – в Донбассе), она не покрывала всех потребностей отечественной промышленности и железнодорожного транспорта. Накануне Первой мировой войны около 15 % угля ввозилось из-за рубежа. Почти все угледобывающие процессы выполнялись вручную, хотя, к примеру, на шахтах Донбасса успешно работали несколько десятков врубовых машин.

Академик АН СССР А.М. Терпигорев (1873-1959) – крупнейший специалист в области эксплуатации угольных месторождений, вспоминал о состоянии горного дела на рубеже XIX-XX вв. следующим образом:

«Антрацитовый рудник представлял собой маленькое предприятие, которое нельзя было заметить на далеком расстоянии. Невысокая вышка с вращающимися шкивами, небольшая деревянная надшахтная постройка, около которой помещалась контора ».

Из надшахтного здания вниз по стволу шахтеров доставляла клеть. Внизу в околоствольном дворе не было никакого освещения, иногда подвешивалась маленькая коптилка, которую называли «бог в помощь». Она наполнялась минеральным маслом или сырой нефтью. Фитиль при горении давал небольшое пламя и много копоти, свет был тусклым, едва видимым. Околоствольный двор – это более-менее широкая выработка, высотой в рост человека. По мере удаления от центра высота уменьшалась до примерно метра. От него начинался продольный штрек – длинный узкий коридор, с проложенными рельсами и канавкой, по которой стекала вода. Длина коридора, в конце которого непосредственно и находился забой, увеличивалась по мере выработки угля и могла достигать километра. Высота сводов с увеличением расстояния наоборот уменьшалась.

А В.В. Вересаев в очерке «Подземное царство» писал:

«Идешь низко согнувшись, спину ломит, колени дрожат… Приходится ползти по норе высотой в три четверти аршина [аршин – чуть более 70 см]. Попробуешь двигаться на четвереньках – невыносимо больно, бьешься спиной о шероховатый свод; начинаешь ползти – рассыпанные на пути камни дерут колени и руки. Впереди опять маленький свет. Мы прижались к стенкам; по проходу быстро, как кошка, прополз на четвереньках рабочий, таща за собой на веревке нагруженные углем санки. Это – саночник; всю двенадцатичасовую упряжку он ползает взад и вперед, отвозя на себе уголь из лавы в продольную, где вагонщики нагружают этот уголь в вагончики. Человек обращается в четвероногое ».

Для откалывания угля рабочие использовали кайло – заостренную стальную лопасть, надетую на деревянную рукоятку. Кайло со вставным сменным острием (зубком) называлось обушком и позволяло сменить затупившуюся часть, не поднимаясь из забоя на поверхность. Каждому забойщику (или зарубщику) артельщик определял объем работы, деля фронт работ по длине на сажени. Рабочие садились вдоль угольного пласта на некотором расстоянии друг от друга, как обычно рассаживались на длинной деревянной деревенской лавке. Отсюда и появился термин «лава». Забойщик за 12 часов непрерывной работы должен был сделать врубы в виде широкой щели на заданную длину (2-3 сажени) и установленную глубину обычно не превышавшую длину деревянной рукоятки обушка. Это делалось для того, чтобы облегчить последующую отбойку угольного пласта и составляло примерно 120-140 пудов (ок. 2-х тонн). Крепление забоя также входило в обязанности забойщиков, являлось дополнительной нагрузкой и не оплачивалось.

После забойщиков в лаву приходили отбойщики. Мягкие угли отбивались тем же обушком, более крепкие – ломом, клиньями и тяжелым молотком (ок. 5 кг), который назывался «балдой». Отбитый уголь нагружался в деревянные санки на полозьях уже другими рабочими – отгребщиками (или навальщиками). А затем вывозился саночниками (или тягальщиками) до рельсового пути, по которому уже доставлялся к подъемной клети. Санки с окованным железом ящиком, весили около 3-х пудов, в них помещалось до десяти пудов угля (итого общий вес составлял более 200 кг).

«Тягальщики, большей частью подростки, прикрепленные железной цепью к ящикам, быстро на четвереньках, точно ручные медведи, подбегали к пласту и садились в ожидании, когда нагрузчики наполнят ящики. И при первом окрике «пошел!», они торопливо становились на четвереньки и медленно, с большим трудом тащили ящики к главному проспекту, где их уже ожидали откатчики с квадратными вагончиками, увозившими добычу на подъемную площадку. Вся эта работа происходила во мраке, в духоте и жаре, доходившей до 30 градусов. Углекопы, в особенности тягальщики, буквально купались в собственном поту. Чтобы ноги не скользили по мокрому камню, тяжелые сапоги тягальщиков были подкованы. И когда на четвереньках они бегали по шахте, звеня цепями, их подкованные ноги производили характерный железный стук, напоминавший топот лошадей по каменной мостовой »

А.И. Свирский. «Во тьме» .

У выхода из лавы помощники откатчиков, подростки лет 13-14, перегружали добытый уголь из санок в вагонетки. Каждую вагонетку емкостью 30-35 пудов (ок. полутонны.) катил по рельсам к подъемной клети один человек – откатчик. На некоторых шахтах использовалась конная откатка. Конюшня устраивалась прямо под землей. Жившие в ней лошади очень скоро теряли зрение, приспосабливаясь к жизни почти в полной темноте, как кроты. В околоствольном дворе вагончик загонялся в клеть, которая поднималась на поверхность с помощью паровой машины. Эта же клеть в конце смены поднимала из шахты рабочих

Условия работы на крупных шахтах и мелких рудниках были практически одинаковыми. Отличия были лишь в глубине разработки, количестве рабочих и объемах добычи. На одном из крупнейших в мире рудников – Королевы Луизы (Верхняя Силезия) в конце XIX века угольные пласты достигали мощности 10-15 метров, в работе было занято не менее 8400 человек, ежегодная добыча составляла около 2 млн 700 тыс. тонн. Если принять во внимание грузоподъемность железнодорожного вагона того времени (10 тонн), то можно вычислить, что для погрузки всей этой массы угля понадобится 270 000 вагонов. При длине одного вагона примерно 8 метров, состав растянулся бы на 2160 километров. Что приблизительно равно трем расстояниям между Петербургом и Москвой.

Любая шахта начиналась с того, что угольный пласт соединялся с дневной поверхностью вертикальной выработкой – стволом шахты – диаметром в несколько метров и глубиной до нескольких сотен метров, пробивался второй – вентиляционный – ствол, прокладывались горизонтальные коридоры, соединявшие угольный пласт с обоими стволами, по которым передвигались шахтеры, перевозился крепежный лес, добытый уголь. На всю высоту ствола устанавливались специальные полки, наподобие строительных лесов, на каждом из которых стоял рабочий. Со дна забоя породу поднимали наверх, перебрасывая ее с полка на полок. Поднятая на поверхность, порода на тачках отвозилась к отвалу. Несколько позже стали использовать ручной ворот с бадьей на канате. Применялась и конная тяга.

Сама по себе крайне трудоемкая работа еще более осложнялась, если выработки попадали в водоносный пласт – плывун. Подземные воды представляли серьезную угрозу. Пока они просачивались в незначительных количествах, их вручную собирали бадьями, откачивали специальными механизмами, отводили через специальные канавки в ту часть, где уголь был уже выбран. Если же вода прорывалась мощным потоком, спасти шахту и шахтеров уже не представлялось возможным.

Чем глубже уходил ствол шахты под землю, тем большей проблемой становилось обеспечение доступа воздуха. На глубине он неподвижен и насыщен парами воды и разных газов. Поэтому чтобы человек мог работать в шахте, туда непрерывно нужно подавать свежий воздух. В древности все усилия были направлены на создание и поддержание естественной вентиляции. Струи воздуха направлялись в рудник с помощью установленного у входа деревянного щита либо (позднее) системы флюгеров, называемых «ветрогонами», крылья которых вращались под действием силы ветра и тем самым нагнетали воздух. Использовались специальные печи, установленные в верхнем штреке шахты, в которых постоянно поддерживался огонь. Нагретый воздух поднимался по стволу шахты вверх, на его место поступал из нижних выработок более холодный.

Увеличение со временем количества работающих в шахте людей, использование лошадей, широкое применение взрывных работ вызвало необходимость устройства принудительной вентиляции. В средние века воздух нагнетали с помощью мехов, приводившихся в действие простейшим ручным воротом, на смену которому пришел конный привод. Еще позднее появились насосы с поршнем и вентиляторы. Последние, постепенно усовершенствуясь, превратились в ХХ в. в центробежные и пропеллерные.

Кроме того, некоторые угольные пласты постоянно выделяют отравляющие газы. Сероводород распознается по резкому запаху, напоминающему запах тухлых яиц. Сернистый газ действует на слизистую оболочку глаз, вызывая слезотечение, за что был прозван «глазоедкой». Углекислота выделятся при взрывах, из угольных пластов, при гниении крепежного леса, при дыхании людей. Некоторые угли выделяют метан. В соединении с воздухом он представляет собой взрывчатую смесь, готовую сдетонировать от любой искры. Метан вдвое легче воздуха, поэтому скапливается вверху, не имеет запаха, а потому обнаружить его наличие можно только с помощью специальных приборов. Все эти газовые примеси в определенной концентрации делают воздух непригодным для дыхания. М.В. Ломоносов в свое время отмечал, что «в глубоких рудниках, которые во многие стороны под землею далее проведены и мало шахтов, с самой поверхности прокопанных имеют собирается обыкновенно пар, человеческому здравию вредительных. Происходит от жирного каменного масла, от серы и мышьяка, и во время копания и разбивания горы с тяжестью каменной и земляною пыль по штольням расходится и в них труждающихся людей грудь ядом своим повреждает. Сие приметили также рудокопы по тяжелому запаху, который в рудниках бродит, дух занимает, свечи гасит, а особливо оказывается сей летучий яд тем, что в рудниках иногда загорается ».

Способностью взрываться обладает и угольная пыль. Причиной может стать не только открытый огонь, но и детонация. Пыль, образуясь при разрушении пласта, во время добычи и транспортирования угля, накапливается во всех разветвлениях горных выработок. Если происходил взрыв газа, он уже не ограничивался определенным участком, как это было бы в хорошо проветриваемом помещении – детонация от него вызывала взрыв пыли во всей шахте. Долгое время единственным способом борьбы было увлажнение подземных выработок, поскольку мокрая пыль становилась неопасной. Однако непрерывно поливать огромные площади не представлялось возможным, тем более что вода быстро испарялась. Несколько более эффективным оказалось осланцевание – посыпание мест скопления угольной пыли какой-либо измельченной инертной массой. Наиболее подходит для этого мелкая сланцевая пыль, которая, смешиваясь с угольной, делала ее негорючей и взрывобезопасной. Вполне себя оправдали и заградительные заслоны инертной пыли: под кровлей поперек штрека подвешивались полки с насыпанным на них все тем же измельченным глинистым сланцем, который взрывной волной сметался с опрокинутых полок, смешивался с угольной пылью и предотвращал распространение взрыва. Однако у этих способов был и существенный недостаток: пылевая взвесь засоряла воздух, еще более усугубляя проблему вентиляции.

Более опасным способом предотвращения взрывов было выжигание гремучего газа. После окончания смены, когда горняки поднимались на поверхность, в опустевшую шахту спускался газожог. Одетый в мокрый овчиный тулуп, он проползал по подземным галереям, держа в вытянутой руке открытую лампу или факел. Если под сводами оказывался гремучий газ, он взрывался, огненная волна проносилась по штрекам, весь скопившийся газ сгорал. К утру выработки проветривалась, и новая смена шахтеров спускалась в шахту. Относительная безопасность работы обеспечивалась зачастую ценой жизни газожога.

Взрывы в шахтах приводили к массовой гибели горняков от обвалов, огня, воды, ядовитых газов, удушья. Количество жертв могло достигать нескольких сотен человек. Спасательные работы начинались с возобновления естественной циркуляции воздуха, и только после удаления из забоя образовавшихся в результате взрыва опасных газов приступали к спасению выживших и эвакуации трупов. В случае сильного пожара, чтобы огонь не распространялся по штрекам, закрывали вентиляцию, устанавливали стенки из кирпича с глиной, перекрывая тем самым доступ к очагу возгорания кислорода.

Зачастую причиной пожаров и взрывов являлись применяемые для освещения факелы и лампы-коптилки – обычные бытовые светильники, не приспособленные для подземных работ. Собственно шахтерские лампы появились только к XVIII в. Они были факельного и фонарного типа, заправлялись маслом и крепились к деревянным стойкам шахтных крепей или устанавливались в нишах. Такого типа шахтные светильники были намного удобнее в эксплуатации, но без труда воспламеняли содержавшуюся в воздухе угольную пыль. Если это происходило вблизи трещины, из которой выделялся газ, он взрывался, причиняя значительные разрушения, что еще больше усиливало приток газа из старых выработок и провоцировало новые взрывы. При этом поглощалось огромное количество кислорода, и те рабочие, которые уцелели во время взрыва, погибали от удушья.

После ряда крупных катастроф на Ньюкаслских копях в 1809, 1812 и 1815 гг., вызванных взрывами гремучего газа английский химик Г. Дэви изобрел принципиально новую конструкцию шахтной лампы, предохранительный эффект в которой достигался за счет использования специальной мелкоячеистой металлической сетки, которая устанавливалась на обычной масляной лампе. В некоторых конструкциях, кроме того, использовалась подача во взрывчатую смесь, притекающую к лампе, различных нейтральных газов, выделяемых из продуктов горения (азот, углекислота). Такие лампы гасли во взрывоопасной среде.

В середине XIX в. появились бензиновые лампы Вольфа, спиртовые и ацетиленовые лампы Шено. Они получили широкое распространение не только из-за своей относительной безопасности, но и благодаря возможности с их помощью определять наличие в шахтной атмосфере взрывоопасного газа и даже измерять его процентное содержание по высоте пламени. В конструкцию шахтных светильников были введены затворы, исключающие их самопроизвольное раскручивание и раскрытие. Разжечь погасшую лампу стало возможно, не раскрывая ее – с помощью встроенного зажигателя. Лампы Вольфа в России назывались «коногонки» и производились на заводах и в мастерских Екатеринославского горно-промышленного общества юга России. Они использовались в шахтах с повышенным содержанием взрывоопасных газов вплоть до 1940-х гг. в качестве индикаторов наравне с электрическими. Последние появились в 70-х гг. XIX в. в результате работы русских ученых П.Н. Яблочкова, А.Н. Лодыгина, В.Н. Чиколева. В 1886 г. в Бельгии, Франции и США появились первые аккумуляторые лампы. Но по причине дороговизны и значительного веса их широкое применение началось лишь в 1912 г. В России электрические аккумуляторные светильники практически не использовались. Их производство было начато только в 1932 г. в Харькове. В СССР на негазовых шахтах использовались ацетиленовые лампы (т.н. «карбидки»), для шахт с повышенным содержанием газа в 1950 г. были введены ручные и головные аккумуляторные лампы. С 1960-х гг. лампы накаливания заменены люминесцентными. В конце 1980-х налажен серийный выпуск головных взрывобезопасных шахтных светильников типа СГГ с аккумуляторными батареями. Для освещения подземных выработок используются также стационарные рудничные светильники повышенной надежности.

Самопроизвольное возгорание угольных пластов в недрах земли, в результате которых на поверхность выделяется большое количество горючего газа, пожары в шахтах, уничтожавшие огромные запасы углей, которые невозможно было потушить годами, привели к мысли о подземной газификации угля. Тем более что разрабатывать пласты толщиной до полуметра абсолютно нерентабельно. Впервые об этом написал Д.И. Менделеев в 1888 г.:

«Настанет, вероятно, со временем даже такая эпоха, что уголь из земли вынимать не будут, а там, в земле, его сумеют превращать в горючие газы и их по трубам будут распределять на далекие расстояния ».

Практическое осуществление подземной газификации началось уже в советское время в Донецком и Подмосковном угольном бассейнах. Однако, обнаружение богатых месторождений нефти и природного газа с относительной дешевизной их добычи и переработки, большой теплотой сгорания, отсутствием балласта, хорошей транспортабельностью привели сначала (к 1960-м гг.) к преобладанию в мировом топливно-энергетическом балансе доли нефти над углем, а несколько позже – к быстрому истощению и отработке ряда месторождений. Вовлечение в эксплуатацию труднодоступных месторождений на больших глубинах морей и океанов и отдаленных необжитых районах вызвали значительное увеличение цен на нефть, газ и нефтепродукты и энергетический кризис начала 1970-х гг. Результатом стало повышение в мировой экономике значения ископаемых углей.

Внедрение в горное дело в ХХ в. высокопроизводительных машин позволило с одной стороны модернизировать подземную добычу, а с другой – вернуться к открытой разработке месторождений. При полной механизации работы на поверхности по сравнению с подземными более просты, удобны и экономичны. Добыча угля производится при помощи глубоких траншей, прорезающих породы, под которыми находится угольный пласт. Поэтому образовавшийся карьер называют разрезом. Для работ применяются различные типы экскаваторов. Отвальная порода первоначально вывозилась железнодорожными составами с паровозной или электровозной тягой, позже в эксплуатацию были введены транспортно-отвальные мосты, ленточные конвейеры которых переносили снятую пустую породу к отвалу на противоположной стороне карьера. Аналогичным способом из карьера на поверхность до погрузочных бункеров доставляется и сам уголь.

Помимо названных трех технологических направлений добычи угля (подземная механическая добыча, подземная газификация, открытая добыча) существует еще одно. Гидравлическая добыча угля представляет собой подземную разработку угольных месторождений, при которой процессы выемки, транспортирования и подъёма угля на поверхность выполняются энергией водного потока. Источником воды чаще всего является приток подземных вод в шахту.

Выбор способа угледобычи зависит от ряда условий и определяется на основании результатов комплекса геологоразведочных работ, которые включают следующие этапы:

Поисковые работы, позволяющие с помощью определенного набора признаков (прямых и косвенных), свидетельствующих о наличии угленосных формаций, обнаружить новые месторождения или перспективно оценить площади, на которых уже известно наличие промышленной угленосности. Позволяют дать предварительную (общего характера) геолого-промышленную оценку выявленных месторождений.

Предварительная разведка. Проводится при положительном результате поисковых работ. Дает более детальную картину и устанавливает общие закономерности в изменении морфологии угольных пластов и качества угля, степень сложности тектоники месторождения, сравнительную ценность отдельных частей месторождения. Основной целью является своевременное установление целесообразности продолжения разведочных работ.

Детальная разведка. Необходима в случае признания месторождения пригодным для промышленного освоения. Рассматриваются возможные потребители угля, основные требования к его качеству, способ вскрытия месторождения, технические границы, производственная мощность шахты или разреза, местоположение, ориентировочные сроки отработки площадей на ближайшие 10-15 лет. Уточняются детали геологического строения месторождения, его структурные особенности, морфология, условия залегания пластов, качество углей, горно-геологические условия разработки.

Доразведка. Проводится на месторождениях ранее детально разведанных, но промышленно не освоенных, либо на уже разрабатываемых. Подсчитываются и утверждаются вновь выявленные запасы угля и переоцениваются ранее утвержденные запасы.

Неотъемлемой частью геологоразведочного процесса являются гидрогеологические исследования, проводимые параллельно с основными геологоразведочными работами: определяются потенциальные ресурсы поверхностных и подземных вод, которые будут участвовать в обводнении горных выработок или использованы как источники водоснабжения.

При проведение инженерно геологических исследований устанавливается наличие вечной мерзлоты, возможность возникновения оползней, селей, лавин, прогнозируются степень устойчивости пород кровли, основных рабочих пластов, местоположение участков структурного ослабления, разрабатываются рекомендации по предупреждению явлений, осложняющих горно-эксплуатационные работы. Для открытой разработки рассчитываются коэффициенты и объемы вскрыши, углы откосов бортов разреза, оцениваются условия равновесия естественных склонов при их подработке и дополнительной нагрузке отвальными породами.

Промышленность и техника. Т.5: Горное дело и металлургия. - СПб: Тип. т-ва «Просвещение», 1904. - С. 252

Глушков А.И., Кондырев Б.И. Охрана окружающей среды при подземной газификации угля. Аналитический обзор. - Новосибирск, 1993. С 3-4