طرق تعدين الفحم البني

استخراج الفحم

تعتمد طرق تعدين الفحم على عمق حدوثه. يتم التطوير بطريقة مفتوحة في مناجم الفحم ، إذا كان عمق التماس الفحم لا يتجاوز مائة متر. هناك أيضًا حالات متكررة عندما يكون من المفيد أيضًا تطوير رواسب الفحم بطريقة تحت الأرض مع التعميق المتزايد لحفرة الفحم. تستخدم المناجم لاستخراج الفحم من أعماق كبيرة. تستخرج أعمق مناجم الاتحاد الروسي الفحم من مستوى يزيد قليلاً عن ألف ومائتي متر.
في الإنتاج التقليدي للمناجم ، لا يتم استخراج حوالي 40٪ من الفحم. يتيح لك استخدام طرق التعدين الجديدة - Longwall - استخراج المزيد من الفحم.

إلى جانب الفحم ، تحتوي الرواسب الحاملة للفحم على أنواع عديدة من المصادر الجغرافية التي لها أهمية بالنسبة للمستهلك. وتشمل هذه الصخور المضيفة كمواد خام لصناعة البناء ، والمياه الجوفية ، وميثان طبقة الفحم ، والعناصر النادرة والنادرة ، بما في ذلك المعادن الثمينة ومركباتها. على سبيل المثال ، يتم إثراء بعض أنواع الفحم بالجرمانيوم.

بلغ ذروته عند 8254.9 مليون طن في عام 2013.

تشكيل الفحم

في أوقات مختلفة وفي أماكن مختلفة في الماضي الجيولوجي للأرض ، كانت الغابات الكثيفة موجودة في الأراضي الرطبة المنخفضة. بسبب العمليات الطبيعية مثل الفيضانات ، تم دفن هذه الغابات تحت الأرض. كلما زادت طبقة التربة فوقها ، زاد الضغط. كما ارتفعت درجة الحرارة مع انخفاضها. في ظل هذه الظروف ، تمت حماية المادة النباتية من التحلل البيولوجي والأكسدة. تمت تغطية الكربون الذي احتجزته النباتات في أراضي الخث الضخمة ودفنها بعمق بواسطة الرواسب. تحت الضغط العالي ودرجة الحرارة المرتفعة ، تتحول النباتات الميتة تدريجياً إلى فحم. نظرًا لأن الفحم يتكون في الغالب من الكربون ، فإن تحويل الغطاء النباتي الميت إلى فحم يسمى الكربنة.

يتكون الفحم عندما تتراكم المواد النباتية المتعفنة بشكل أسرع مما يمكن أن تتحلل جرثوميًا. يتم إنشاء البيئة المثالية لذلك في المستنقعات ، حيث المياه الراكدة ، والفقيرة في الأكسجين ، تمنع النشاط الحيوي للبكتيريا وبالتالي تحمي الكتلة النباتية من التدمير الكامل. في مرحلة معينة من العملية ، تمنع الأحماض المنبعثة المزيد من النشاط البكتيري. هذه هي الطريقة الجفت - المنتج الأولي لتشكيل الفحم. إذا تم دفنها بعد ذلك تحت رواسب أخرى ، فإن الخث يتعرض للانضغاط وفقدان الماء والغازات ، يتم تحويله إلى فحم.

تحت ضغط طبقات من الرواسب بسمك كيلومتر واحد ، يتم الحصول على طبقة من الفحم البني بسمك 4 أمتار من طبقة من الجفت يبلغ ارتفاعها 20 مترًا. إذا وصل عمق دفن المواد النباتية إلى ثلاثة كيلومترات ، ستتحول نفس طبقة الخث إلى طبقة من الفحم بسمك 2 متر. على عمق أكبر ، حوالي ستة كيلومترات ، وعند درجة حرارة أعلى ، تصبح طبقة من الجفت بطول 20 مترًا طبقة من الأنثراسايت بسمك 1.5 متر.

من أجل تكوين الفحم ، من الضروري تراكم كتلة النبات بكثرة. في مستنقعات الخث القديمة ، بدءًا من العصر الديفوني (قبل حوالي 400 مليون سنة) ، تراكمت المواد العضوية ، والتي تشكلت منها الفحم الأحفوري دون الوصول إلى الأكسجين. يعود تاريخ معظم رواسب الفحم الأحفوري التجارية إلى هذه الفترة ، على الرغم من وجود رواسب أصغر أيضًا. يقدر عمر أقدم أنواع الفحم بحوالي 300-400 مليون سنة.

من المرجح أن يكون تكوين كميات كبيرة من الفحم قد توقف بعد ظهور الفطريات ، لأن العفن الأبيض للفطريات يتحلل تمامًا اللجنين.

وفرت البحار الواسعة والضحلة للكربونيفيرين ظروفًا مثالية لتكوين الفحم ، على الرغم من أن الفحم معروف في معظم الفترات الجيولوجية.الاستثناء هو فجوة الفحم خلال حدث الانقراض البرمي-الترياسي ، حيث يكون الفحم نادرًا. يُعتقد أن الفحم الموجود في طبقات ما قبل الكمبري التي سبقت النباتات البرية قد نشأ من بقايا الطحالب.

نتيجة لحركة القشرة الأرضية ، شهدت طبقات الفحم الرفع والطي. بمرور الوقت ، تم تدمير الأجزاء المرفوعة بسبب التآكل أو الاحتراق التلقائي ، بينما تم الحفاظ على الأجزاء المنخفضة في أحواض ضحلة واسعة ، حيث يبلغ ارتفاع الفحم 900 متر على الأقل فوق سطح الأرض. يرتبط تكوين طبقات الفحم السميكة بمناطق سطح الأرض ، حيث حدثت تدفقات لأحجام كبيرة من الكتل البيتومينية ، على سبيل المثال ، في هات كريك (الإنجليزية) الروسية. (كندا) يبلغ السماكة الكلية لحزمة طبقات الفحم 450 م.

التأثير على البيئة وصحة عمال المناجم

يحتوي الفحم الأحفوري على معادن ثقيلة ضارة مثل الزئبق والكادميوم (تركيز يصل إلى 0.0001 إلى 0.01٪ بالوزن) [المصدر غير محدد 2077 يومًا].

أثناء تعدين الفحم تحت الأرض ، يمكن أن يتجاوز محتوى الغبار في الهواء MPC مئات المرات. في ظل ظروف العمل الموجودة في المناجم ، يعد ارتداء أجهزة التنفس بشكل مستمر أمرًا مستحيلًا عمليًا (مع كل تلوث شديد ، يتطلب الأمر تغييرًا سريعًا لتنظيف أقنعة التنفس الجديدة ، ولا تسمح بالاتصال ، وما إلى ذلك) ، مما لا يسمح باستخدامها كوسيلة للوقاية الموثوقة من الأمراض المهنية التي لا رجعة فيها أو المستعصية - السحار السيليسي والتهاب الرئة (إلخ). لذلك ، من أجل حماية صحة عمال المناجم والعاملين في مؤسسات معالجة الفحم في الولايات المتحدة بشكل موثوق ، يتم استخدام وسائل أكثر فعالية للحماية الجماعية.

التصنيف والأنواع

ينقسم الفحم إلى لامع ، شبه لامع ، شبه لامع ، غير لامع. كقاعدة عامة ، تكون الأنواع اللامعة من الفحم منخفضة الرماد بسبب المحتوى الضئيل للشوائب المعدنية.

من بين تراكيب المادة العضوية للفحم ، هناك 4 أنواع (telinite ، posttelinite ، preolinite ، و colinite) ، وهي مراحل متتالية من عملية واحدة لتحلل اللجنين - أنسجة السليلوز. إلى المجموعات الجينية للفحم الصلب ، بالإضافة إلى هذه الأنواع الأربعة ، يتم تضمين الفحم Leuptinite بالإضافة إلى ذلك. تنقسم كل مجموعة من المجموعات الجينية الخمس وفقًا لنوع مادة مكونات الفحم الدقيقة إلى فئات متطابقة.

هناك أنواع عديدة من تصنيفات الفحم: حسب تكوين المادة ، والتركيب الصخري ، والجيني ، والتكنولوجي الكيميائي ، والصناعي ، والمختلط. تميز التصنيفات الجينية ظروف تراكم الفحم ، الحقيقي والصخور - تركيبه المادي والصخري ، والتكنولوجي الكيميائي - التركيب الكيميائي للفحم ، وعمليات التكوين والمعالجة الصناعية ، والتجميع الصناعي - التكنولوجي لأنواع الفحم اعتمادًا على متطلبات صناعة. تُستخدم تصنيفات الفحم في طبقات لوصف رواسب الفحم.

التصنيف الصناعي للفحم

يعتمد التصنيف الصناعي للفحم الصلب في البلدان الفردية على معايير مختلفة لخصائص وتكوين الفحم: في الولايات المتحدة ، يتم تصنيف الفحم الصلب وفقًا لدرجة حرارة الاحتراق ومحتوى الكربون الثابت والمحتوى النسبي للمواد المتطايرة ، في اليابان - وفقًا لحرارة الاحتراق ، ما يسمى بمعاملات الوقود وقوة فحم الكوك ، أو عدم القدرة على فحم الكوك. في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية ، كان ما يسمى بتصنيف دونيتسك الذي طوره VS Krym في العام بمثابة التصنيف الصناعي الرئيسي. يطلق عليه أحيانًا اسم "ذو علامة تجارية" ، وفي نفس الوقت يكون وراثيًا ، حيث أن التغييرات في خصائص الفحم المأخوذة كأساس لها تعكس ارتباطها بالتطور الجيني للمادة العضوية للفحم.

الودائع

ثبت احتياطي الفحم للعام بالمليون طن

البلد	فحم	الفحم البني	مجموع	%
الولايات المتحدة الأمريكية	111 338	135 305	246 643	27,1
روسيا	49 088	107 922	157 010	17,3
الصين	62 200	52 300	114 500	12,6
الهند	90 085	2360	92 445	10,2
أستراليا	38 600	39 900	78 500	8,6
جنوب أفريقيا	48 750	48 750	5,4
أوكرانيا	16 274	17 879	34 153	3,8
كازاخستان	28 151	3128	31 279	3,4
بولندا	14 000	14 000	1,5
البرازيل	10 113	10 113	1,1
ألمانيا	183	6556	6739	0,7
كولومبيا	6230	381	6611	0,7
كندا	3471	3107	6578	0,7
التشيكية	2094	3458	5552	0,6
إندونيسيا	740	4228	4968	0,5
ديك رومى	278	3908	4186	0,5
مدغشقر	198	3159	3357	0,4
باكستان	3050	3050	0,3
بلغاريا	4	2183	2187	0,2
تايلاند	1354	1354	0,1
كوريا الشمالية	300	300	600	0,1
نيوزيلندا	33	538	571	0,1
إسبانيا	200	330	530	0,1
زيمبابوي	502	502	0,1
رومانيا	22	472	494	0,1
فنزويلا	479	479	0,1
مجموع	478 771	430 293	909 064	100,0

يتركز الفحم الصلب في حوض الفحم في دونيتسك وفي حوض الفحم لفوف-فولين (أوكرانيا) ؛ كاراغاندا (كازاخستان) ؛ جنوب ياكوتسك ، مينوسينسك ، بورينسكي ، تونجوسكي ، لينسكي ، تايميرسكي (روسيا) ؛ أبالاتشي ، بنسلفانيان (أمريكا الشمالية) ، الراين السفلى فيستفاليان (الرور - ألمانيا) ؛ أعالي سيليزيا ، أوسترافا-كارفينسكي (جمهورية التشيك وبولندا) ؛ حوض شانشي (الصين) ، حوض جنوب ويلز (بريطانيا العظمى).

من بين أكبر أحواض الفحم ، التي بدأ التطور الصناعي لها في القرنين الثامن عشر والتاسع عشر ، تم تمييز وسط إنجلترا وجنوب ويلز واسكتلندا ونيوكاسل (بريطانيا العظمى) ؛ حوضا ويستفاليان (الرور) وساربروكن (ألمانيا) ؛ ودائع بلجيكا وشمال فرنسا ؛ أحواض سانت إتيان (فرنسا) ؛ سيليزيا (بولندا) ؛ حوض دونيتسك (أوكرانيا).

تعليم

يتكون الفحم من نواتج تحلل البقايا العضوية للنباتات التي خضعت لتغيرات (تحول) في ظل ظروف الضغط العالي للصخور المحيطة بقشرة الأرض ودرجات الحرارة المرتفعة نسبيًا.

عندما تنغمس الطبقة الحاملة للفحم في عمق تحت ظروف زيادة الضغط ودرجة الحرارة ، يحدث تحول ثابت للكتلة العضوية ، وتغير في تركيبتها الكيميائية ، وخواصها الفيزيائية وبنيتها الجزيئية. يشار إلى كل هذه التحولات باسم "التحول الإقليمي للفحم". في المرحلة النهائية (الأعلى) من التحول ، يتحول الفحم إلى أنثراسايت بهيكل بلوري واضح من الجرافيت. بالإضافة إلى التحول الإقليمي ، في بعض الأحيان (أقل في كثير من الأحيان) تحدث التحولات تحت تأثير الحرارة من الصخور النارية الموجودة بجوار الطبقات الحاملة للفحم (التي تعلوها أو تحتها) - التحول الحراري ، وكذلك مباشرة في طبقات الفحم - التحول الملامس. تُعزى الزيادة في درجة التحول في المادة العضوية للفحم من خلال الزيادة المستمرة في المحتوى النسبي للكربون وانخفاض محتوى الأكسجين والهيدروجين. ينخفض ​​إنتاج المواد المتطايرة باستمرار (من 50 إلى 8٪ من حيث الحالة الجافة الخالية من الرماد) ، وتتغير أيضًا حرارة الاحتراق والقدرة على التكلس والخصائص الفيزيائية للفحم. على وجه الخصوص ، اللمعان والانعكاسية والكثافة الظاهرية للفحم وغيرها من الخصائص تتغير خطيًا. تتغير الخصائص الفيزيائية المهمة الأخرى (المسامية ، الكثافة ، التكتل ، حرارة الاحتراق ، الخصائص المرنة ، إلخ) وفقًا لقوانين القطع المكافئ أو المختلطة.

كمعيار بصري لمرحلة تحول الفحم ، يتم استخدام مؤشر الانعكاسية ؛ كما أنها تستخدم في جيولوجيا البترول لتحديد مرحلة التحولات الطارئة للطبقات الرسوبية. تزداد الانعكاسية في الغمر بالزيت (R0) باستمرار من 0.5 - 0.65٪ للفحم من الدرجة D إلى 2 - 2.5٪ للفحم من الدرجة T.

تعتمد كثافة الفحم ومساميته على التركيب الصخري وكمية وطبيعة الشوائب المعدنية ودرجة التحول. تتميز مكونات مجموعة الفوسينيت بأعلى كثافة (1300-1500 كجم / م 3) ، وأدنى (1280-1300 كجم / م 3) من قبل مجموعة الفيترينيت. يحدث التغيير في الكثافة مع زيادة درجة التحول في قانون القطع المكافئ مع انعكاس في منطقة الانتقال إلى المجموعة الدهنية ؛ في مظاهر الرماد المنخفض ، ينخفض ​​من درجة الفحم D إلى الدرجة Zh في المتوسط ​​من 1370 إلى 1280 كجم / متر مكعب ثم يزداد بالتتابع بالنسبة للفحم من الدرجة T حتى 1340 كجم / متر مكعب.

تتغير المسامية الكلية للفحم أيضًا وفقًا للقوانين المتطرفة ؛ بالنسبة للفحم من الدرجة D في دونيتسك فهو 14-22٪ ، ودرجة الفحم K 4-8٪ ويزيد (ربما بسبب التخفيف) حتى 10-15٪ لدرجة الفحم T.تنقسم المسام الموجودة في الفحم إلى مسام كبيرة (متوسط ​​قطرها 500 × 10-10 م) ومسام صغيرة (5-15 × 10-10 م). الفجوة تحتلها mesopores. تقل المسامية مع زيادة مرحلة التحول. التكسير الداخلي (المتطور أثناء تكوين الفحم) ، والذي يقدر بعدد الشقوق لكل 5 سم من الفحم اللامع ، يعتمد على مرحلة تحول الفحم: يزداد إلى 12 شقوقًا أثناء انتقال الفحم البني إلى لهب طويل الفحم ويحتوي على حد أقصى من 35-60 لفحم الكوك وينخفض ​​على التوالي إلى 12-15 شقوقًا في الانتقال إلى أنثراسيت. يتبع نفس نمط التغيير في الخصائص المرنة للفحم معامل يونغ ، ونسبة بواسون ، ومعامل القص (القص) ، وسرعة الموجات فوق الصوتية. تتميز القوة الميكانيكية للفحم الصلب بسحقه وهشاشته وصلابته ، فضلاً عن مقاومة الانضغاط المؤقتة.

إستعمال

يستخدم الفحم الصلب كمواد خام تكنولوجية وتكنولوجية للطاقة وطاقة ، في إنتاج فحم الكوك وشبه فحم الكوك فيما يتعلق بإنتاج عدد كبير من المنتجات الكيميائية منها (النفثالين ، الفينول ، القار ، إلخ) ، على أساسها الأسمدة والبلاستيك والألياف الاصطناعية والورنيش والدهانات وما إلى ذلك.

من أكثر المجالات الواعدة لاستخدام الفحم التسييل (هدرجة الفحم) لإنتاج الوقود السائل. هناك العديد من المخططات للاستخدام غير المولد للطاقة للفحم الصلب على أساس المعالجة الكيميائية الحرارية والكيميائية وغيرها بهدف الاستخدام المتكامل الكامل لها وضمان حماية البيئة.