Въгледобива
Методите за добив на въглища зависят от дълбочината на тяхното възникване. Разработката се извършва по открит начин във въглищни мини, ако дълбочината на въглищния пласт не надвишава сто метра. Чести са и случаите, когато при все по-голямо задълбочаване на въглищна яма е изгодно да се разработи находище на въглища по подземен метод. Мините се използват за добиване на въглища от големи дълбочини. Най-дълбоките мини в Руската федерация добиват въглища от ниво малко над хиляда и двеста метра.
При конвенционалното минно производство около 40% от въглищата не се добиват. Използването на нови методи за добив - longwall - ви позволява да извличате повече въглища.
Наред с въглищата, въгленосните находища съдържат много видове георесурси, които имат потребителско значение. Те включват вместващи скали като суровини за строителната индустрия, подземни води, метан от въглищни пластове, редки и микроелементи, включително ценни метали и техните съединения. Например, някои въглища са обогатени с германий.
достигна своя връх от 8254,9 милиона тона през 2013 г.
образуване на въглища
В различно време и на различни места в геоложкото минало на Земята гъсти гори са съществували във влажните низини. Поради естествени процеси като наводнения, тези гори бяха заровени под земята. С увеличаването на слоя почва над тях налягането се увеличава. Температурата също се повиши при понижаване. При такива условия растителният материал е защитен от биоразграждане и окисление. Въглеродът, отделен от растенията в огромни торфища, в крайна сметка беше покрит и дълбоко заровен от седименти. При високо налягане и висока температура мъртвата растителност постепенно се превръща във въглища. Тъй като дървените въглища са предимно въглеродни, превръщането на мъртвата растителност в въглен се нарича карбонизация.
Въглищата се образуват, когато гниещият растителен материал се натрупва по-бързо, отколкото може да бъде бактериално разложен. Идеалната среда за това се създава в блатата, където застоялата вода, бедна на кислород, предотвратява жизнената дейност на бактериите и по този начин предпазва растителната маса от пълно унищожаване. На определен етап от процеса освободените киселини предотвратяват по-нататъшната бактериална активност. Ето как торф - изходният продукт за образуване на въглища. Ако тогава е заровен под други утайки, тогава торфът изпитва компресия и, губейки вода и газове, се превръща във въглища.
Под натиска на слоеве от седименти с дебелина един километър се получава слой кафяви въглища с дебелина 4 метра от 20-метров слой торф. Ако дълбочината на заравяне на растителен материал достигне три километра, тогава същият слой торф ще се превърне в слой въглища с дебелина 2 метра. На по-голяма дълбочина, около шест километра, и при по-висока температура, 20-метров слой торф се превръща в слой антрацит с дебелина 1,5 метра.
За образуването на въглища е необходимо обилно натрупване на растителна маса. В древните торфени блата, започвайки от девонския период (преди около 400 милиона години), се натрупва органична материя, от която се образуват изкопаеми въглища без достъп до кислород. Повечето търговски находища на изкопаеми въглища датират от този период, въпреки че съществуват и по-млади находища. Възрастта на най-древните въглища се оценява на около 300-400 милиона години.
Образуването на големи обеми въглища най-вероятно е спряло след появата на гъбички, тъй като бялото гниене на гъбичките напълно разлага лигнин.
Широките, плитки морета на карбона осигуряват идеални условия за образуване на въглища, въпреки че въглищата са известни от повечето геоложки периоди.Изключение е въглищната пропаст по време на пермско-триасното изчезване, където въглищата са рядкост. Смята се, че въглищата, открити в докамбрийските слоеве, предшестващи сухоземните растения, произхождат от останките на водорасли.
В резултат на движението на земната кора въглищните пластове претърпяха повдигане и сгъване. С течение на времето издигнатите части са унищожени поради ерозия или спонтанно запалване, а понижените са запазени в широки плитки басейни, където въглищата са на най-малко 900 метра над земната повърхност. Образуването на най-дебелите въглищни пластове е свързано с участъци от земната повърхност, върху площта на които е имало изтичане на значителни обеми битумни маси, като например в Hat Creek (английски) руски. (Канада), общата дебелина на пакета от въглищни пластове достига 450 m.
Въздействие върху околната среда и здравето на миньорите
Изкопаемите въглища съдържат вредни тежки метали като живак и кадмий (концентрация от до 0,0001 до 0,01% тегловни)[източник не е посочен 2077 дни].
По време на подземния добив на въглища, съдържанието на прах във въздуха може да надвиши ПДК стотици пъти. При условията на работа, които съществуват в мините, непрекъснатото носене на респиратори е практически невъзможно (при всяко сериозно замърсяване те изискват бърза смяна за почистване на нови респираторни маски, не позволяват комуникация и т.н.), което не позволява използването им като средство за надеждна профилактика на необратими и нелечими професионални заболявания - силикоза, пневмокониоза (и др.). Ето защо, за да се защити надеждно здравето на миньорите и работниците от предприятията за преработка на въглища в Съединените щати, се използват по-ефективни средства за колективна защита.
Класификация, видове
Въглищата се делят на лъскави, полулъскави, полуматови, матови. По правило лъскавите видове въглища са с ниско съдържание на пепел поради незначителното съдържание на минерални примеси.
Сред структурите на органичната материя на въглищата се разграничават 4 вида (телинит, посттелинит, преколинит и колинит), които са последователни етапи на единен процес на разлагане на лигнини - целулозни тъкани. Към генетичните групи каменни въглища, освен тези четири вида, се включват допълнително и левтинитните въглища. Всяка от петте генетични групи според вида на веществото на микрокомпонентите на въглища се разделя на съответни класове.
Има много видове класификации на въглищата: по материален състав, петрографски състав, генетични, химико-технологични, промишлени и смесени. Генетичните класификации характеризират условията на натрупване на въглища, реални и петрографски - техния материален и петрографски състав, химико-технологични - химичния състав на въглищата, процесите на образуване и промишлена преработка, индустриално - технологичното групиране на видовете въглища в зависимост от изискванията на индустрия. Класификациите на въглищата в пластовете се използват за характеризиране на находищата на въглища.
Индустриална класификация на въглищата
Индустриалната класификация на каменните въглища в отделните страни се основава на различни параметри на свойствата и състава на въглищата: в САЩ каменните въглища се класифицират според топлината на изгаряне, съдържанието на фиксиран въглерод и относителното съдържание на летливи вещества, в Япония - според топлината на изгаряне, т. нар. горивни коефициенти и силата на коксите, или невъзможността за кокс. В СССР така наречената Донецка класификация, разработена през годината от V.S. Krym, действа като основна индустриална класификация. Понякога се нарича "маркова", и в същото време е генетичен, тъй като промените в свойствата на въглищата, взети за негова основа, отразяват връзката им с генетичното развитие на органичната материя на въглищата.
депозити
| Страната | въглища | Кафяви въглища | Обща сума | % |
|---|---|---|---|---|
| САЩ | 111 338 | 135 305 | 246 643 | 27,1 |
| Русия | 49 088 | 107 922 | 157 010 | 17,3 |
| Китай | 62 200 | 52 300 | 114 500 | 12,6 |
| Индия | 90 085 | 2360 | 92 445 | 10,2 |
| Австралия | 38 600 | 39 900 | 78 500 | 8,6 |
| Южна Африка | 48 750 | 48 750 | 5,4 | |
| Украйна | 16 274 | 17 879 | 34 153 | 3,8 |
| Казахстан | 28 151 | 3128 | 31 279 | 3,4 |
| Полша | 14 000 | 14 000 | 1,5 | |
| Бразилия | 10 113 | 10 113 | 1,1 | |
| Германия | 183 | 6556 | 6739 | 0,7 |
| Колумбия | 6230 | 381 | 6611 | 0,7 |
| Канада | 3471 | 3107 | 6578 | 0,7 |
| чешки | 2094 | 3458 | 5552 | 0,6 |
| Индонезия | 740 | 4228 | 4968 | 0,5 |
| Турция | 278 | 3908 | 4186 | 0,5 |
| Мадагаскар | 198 | 3159 | 3357 | 0,4 |
| Пакистан | 3050 | 3050 | 0,3 | |
| България | 4 | 2183 | 2187 | 0,2 |
| Тайланд | 1354 | 1354 | 0,1 | |
| Северна Корея | 300 | 300 | 600 | 0,1 |
| Нова Зеландия | 33 | 538 | 571 | 0,1 |
| Испания | 200 | 330 | 530 | 0,1 |
| Зимбабве | 502 | 502 | 0,1 | |
| Румъния | 22 | 472 | 494 | 0,1 |
| Венецуела | 479 | 479 | 0,1 | |
| Обща сума | 478 771 | 430 293 | 909 064 | 100,0 |
Черните въглища са концентрирани в Донецкия въглищен басейн и в Лвовско-Волинския въглищен басейн (Украйна); Караганда (Казахстан); Южен Якутск, Минусинск, Буреински, Тунгусски, Ленски, Таймирски (Русия); Апалачи, Пенсилвания (Северна Америка), Долен Рейн-Вестфалия (Рур - Германия); Горна Силезия, Острава-Карвински (Чехия и Полша); Басейн Шанси (Китай), Южен уелски басейн (Великобритания).
Сред най-големите въглищни басейни, чието индустриално развитие започва през 18-19 век, се отделят Централна Англия, Южен Уелс, Шотландия и Нюкасъл (Великобритания); Вестфалски (Рур) и Саарбрюкенски басейн (Германия); находища на Белгия и Северна Франция; басейни на Сент Етиен (Франция); Силезия (Полша); Донецки басейн (Украйна).
Образование
Въглищата се образуват от продуктите на разлагането на органичните остатъци от растения, които са претърпели промени (метаморфизъм) при условия на високо налягане на околните скали на земната кора и относително високи температури.
Когато въгленосният пласт се потапя на дълбочина при условия на повишаване на налягането и температурата, настъпва последователна трансформация на органичната маса, промяна в нейния химичен състав, физични свойства и молекулярна структура. Всички тези трансформации се наричат "регионален въглищен метаморфизъм". На последния (най-висок) етап на метаморфизъм въглищата се превръщат в антрацит с изразена кристална структура на графит. В допълнение към регионалния метаморфизъм, понякога (по-рядко) се извършват трансформации под въздействието на топлина от магмени скали, разположени до въгледоносителни пластове (над или под тях) - термичен метаморфизъм, както и директно във въглищните пластове - контактен метаморфизъм. Увеличаването на степента на метаморфизъм в органичната материя на въглищата се проследява чрез последователно увеличаване на относителното съдържание на въглерод и намаляване на съдържанието на кислород и водород. Добивът на летливи вещества последователно намалява (от 50 до 8% по отношение на сухо безпепелно състояние), променят се и топлината на изгаряне, способността за синтероване и физичните свойства на въглищата. По-специално, блясъкът, отразяващата способност, обемната плътност на въглищата и други свойства се променят линейно. Други важни физични свойства (порьозност, плътност, слепване, топлина на горене, еластични свойства и т.н.) се променят по ясно изразени параболични или смесени закони.
Като оптичен критерий за етапа на въглищен метаморфизъм се използва коефициентът на отразяване; използва се и в нефтената геология за установяване на етапа на катагенни трансформации на седиментните пластове. Отражателната способност при потапяне в масло (R0) постоянно нараства от 0,5–0,65% за въглищата от клас D до 2–2,5% за въглищата от клас T.
Плътността и порьозността на въглищата зависят от петрографския състав, количеството и естеството на минералните примеси и степента на метаморфизъм. Компонентите на фузинитната група се характеризират с най-висока плътност (1300–1500 kg/m³), а най-ниската (1280–1300 kg/m³) от групата на витринита. Промяната в плътността с увеличаване на степента на метаморфизъм се случва по параболичен закон с инверсия в зоната на преход към мастната група; при слабопепелни прояви той намалява от клас въглища D до степен Zh средно от 1370 до 1280 kg/m³ и след това последователно нараства за въглища клас T до 1340 kg/m³.
Общата порьозност на въглищата също се променя според екстремни закони; за въглища Донецк клас D е 14–22%, въглища клас K 4–8% и се увеличава (вероятно поради разрохкване) до 10–15% за въглища клас T.Порите във въглищата се делят на макропори (среден диаметър 500×10–10 m) и микропори (5–15×10–10 m). Празнината е заета от мезопори. Порьозността намалява с увеличаване на етапа на метаморфизъм. Ендогенното (развито по време на образуването на въглища) раздробяване, което се оценява по броя на пукнатините за всеки 5 см лъскави въглища, зависи от етапа на метаморфизъм на въглищата: той се увеличава до 12 пукнатини по време на прехода на кафяви въглища към дългопламък въглища и има максимум 35–60 за коксуващи се въглища и последователно намалява до 12–15 пукнатини при прехода към антрацити. Подчинени на същия модел на промяна в еластичните свойства на въглищата са модулът на Йънг, коефициентът на Поасон, модулът на срязване (срязване) и скоростта на ултразвука. Механичната якост на каменните въглища се характеризира с тяхната трошеност, крехкост и твърдост, както и временна якост на натиск.
Използване
Черните въглища се използват като технологична, енергийно-технологична и енергийна суровина, при производството на кокс и полукокс във връзка с производството на голям брой химически продукти от тях (нафталин, фенол, катран и др.), на базата на които торове, пластмаси, синтетични влакна, лакове, бои и т.н.
Една от най-обещаващите области за използване на въглища е втечняването (хидрогенирането на въглищата) за получаване на течно гориво. Съществуват различни схеми за неенергийно използване на каменни въглища на базата на термохимична, химическа и друга обработка с цел пълното им интегрирано използване и осигуряване на опазване на околната среда.
