Szénbányászat
A szénbányászat módszerei az előfordulás mélységétől függenek. A fejlesztés a szénbányákban nyílt módon történik, ha a széntelep mélysége nem haladja meg a száz métert. Gyakoriak azok az esetek is, amikor a szénbánya egyre mélyülő mélyülésével további előnyös a föld alatti módszerrel széntelep kialakítása. A bányákat nagy mélységből származó szén kitermelésére használják. Az Orosz Föderáció legmélyebb bányái alig több mint ezerkétszáz méterről termelik ki a szenet.
A hagyományos bányászati termelés során a szén körülbelül 40%-át nem nyerik ki. Az új bányászati módszerek – longfal – alkalmazása lehetővé teszi több szén kitermelését.
A szén mellett a széntartalmú lelőhelyek sokféle geoforrást tartalmaznak, amelyek fogyasztói jelentőséggel bírnak. Ide tartoznak az építőipar nyersanyagaként használt kőzetek, talajvíz, szénágyas metán, ritka és nyomelemek, köztük értékes fémek és vegyületeik. Például egyes szenet germániummal dúsítanak.
2013-ban elérte a 8254,9 millió tonnát.
szénképződés
A Föld geológiai múltjában különböző időpontokban és különböző helyeken sűrű erdők léteztek a vizes alföldeken. A természetes folyamatok, például az árvizek miatt ezeket az erdőket a föld alá temették. Ahogy nőtt felettük a talajréteg, úgy nőtt a nyomás. A hőmérséklet is emelkedett, ahogy csökkent. Ilyen körülmények között a növényi anyag védve volt a biológiai lebomlástól és az oxidációtól. A hatalmas lápvidékeken a növények által megkötött szenet végül üledékek borították és mélyen betemették. Magas nyomás és magas hőmérséklet hatására az elhalt növényzet fokozatosan szénné alakul. Mivel a faszén többnyire szén, az elhalt növényzet faszénné történő átalakulását karbonizációnak nevezzük.
A szén akkor képződik, amikor a rothadó növényi anyag gyorsabban halmozódik fel, mint ahogyan azt bakteriálisan le tudja bontani. Az ideális környezet ehhez a mocsarakban jön létre, ahol a pangó, oxigénszegény víz megakadályozza a baktériumok élettevékenységét, és ezáltal megóvja a növényi tömeget a teljes pusztulástól. A folyamat egy bizonyos szakaszában a felszabaduló savak megakadályozzák a további bakteriális aktivitást. Így tőzeg - a szénképződés kezdeti terméke. Ha ezután más üledékek alá temetik, akkor a tőzeg összenyomódik, és vizet és gázokat veszítve szénné alakul.
Egy kilométer vastag üledékrétegek nyomása alatt egy 20 méteres tőzegrétegből 4 méter vastag barnaszénréteg keletkezik. Ha a növényi anyag eltemetésének mélysége eléri a három kilométert, akkor ugyanaz a tőzegréteg 2 méter vastag szénréteggé alakul. Nagyobb mélységben, körülbelül hat kilométeren, magasabb hőmérsékleten egy 20 méteres tőzegréteg 1,5 méter vastag antracitréteggé válik.
A szén képződéséhez a növényi tömeg bőséges felhalmozódása szükséges. Az ókori tőzeglápokban a devon korszaktól (kb. 400 millió évvel ezelőtt) felhalmozódott a szerves anyag, amelyből oxigénhez jutás nélkül fosszilis szén keletkezett. A legtöbb kereskedelmi fosszilis szénlelőhely ebből az időszakból származik, bár léteznek fiatalabb lelőhelyek is. A legősibb szenek korát körülbelül 300-400 millió évre becsülik.
A nagy mennyiségű szén képződése valószínűleg a gombák megjelenése után megszűnt, mivel a gombák fehér rothadása teljesen lebontja a lignint.
A szén széles, sekély tengerei ideális feltételeket biztosítottak a szénképződéshez, bár a szén a legtöbb geológiai korszakból ismert.A kivétel a perm-triász kihalási esemény során kialakult szénrés, ahol ritka a szén. A prekambriumi rétegekben található szén, amely megelőzi a szárazföldi növényeket, feltehetően algák maradványaiból származik.
A földkéreg mozgása következtében a szénvarratok felemelkedést és gyűrődést tapasztaltak. Az idők folyamán a felemelt részek erózió vagy önégés következtében megsemmisültek, míg a lesüllyesztett részek széles, sekély medencékben maradtak fenn, ahol a szén legalább 900 méterrel a földfelszín felett van. A legvastagabb szénrétegek kialakulása a földfelszín azon területeivel van összefüggésben, amelyek területén jelentős mennyiségű bitumenes tömegek kiáramlása történt, mint például a Hat Creek (angol) oroszországban. (Kanada), a szénvarratok teljes vastagsága eléri a 450 m-t.
A bányászok környezetére és egészségére gyakorolt hatás
A fosszilis szén káros nehézfémeket, például higanyt és kadmiumot tartalmaz (akár 0,0001 és 0,01 tömegszázalék közötti koncentrációban)[forrás nincs megadva 2077 nap].
A földalatti szénbányászat során a levegő portartalma több százszor is meghaladhatja az MPC-t. A bányákban fennálló munkakörülmények között a légzőkészülékek folyamatos viselése gyakorlatilag lehetetlen (minden súlyos szennyezésnél gyors csere szükséges az új légzésvédő maszkok tisztításához, nem teszik lehetővé a kommunikációt stb.), ami nem teszi lehetővé azok használatát. a visszafordíthatatlan és gyógyíthatatlan foglalkozási betegségek - szilikózis, pneumokoniózis (stb.) - megbízható megelőzésének eszközeként. Ezért a bányászok és az egyesült államokbeli szénfeldolgozó vállalatok dolgozóinak egészségének megbízható védelme érdekében a kollektív védelem hatékonyabb eszközeit alkalmazzák.
Osztályozás, típusok
A szenet fényesre, félfényesre, félmattra és mattra osztják. A csillogó szénfajták általában alacsony hamutartalmúak az ásványi szennyeződések jelentéktelen tartalma miatt.
A szén szerves anyagának szerkezete között 4 típust különböztetnek meg (telinit, posttelinit, prekolinit és kolinit), amelyek a ligninek - cellulózszövetek - egyetlen bomlási folyamatának egymást követő szakaszai. A kőszén genetikai csoportjaihoz e négy típuson kívül a leuptinitszén is tartozik. Az öt genetikai csoport mindegyike a szén mikrokomponenseinek anyagának típusa szerint a megfelelő osztályokba van osztva.
Sokféle szén-osztályozás létezik: anyagösszetétel, kőzettani összetétel, genetikai, kémiai-technológiai, ipari és vegyes. A genetikai osztályozások jellemzik a szén felhalmozódásának körülményeit, a valós és kőzettani - anyagi és kőzettani összetételét, a kémiai-technológiai - a szén kémiai összetételét, a képződési és ipari feldolgozási folyamatokat, a szénfajták ipari - technológiai csoportosítását a szénfajok követelményei szerint. ipar. A varratokban lévő szén osztályozását használják a szénlelőhelyek jellemzésére.
A szén ipari osztályozása
A kőszén ipari besorolása az egyes országokban a szén tulajdonságainak és összetételének különböző paraméterein alapul: az USA-ban a kőszenet az égéshő, a rögzített széntartalom és az illékony anyagok relatív tartalma szerint osztályozzák, Japánban - az égéshő, az úgynevezett tüzelőanyag-tényezők és a kokszok erőssége szerint, vagy kokszképtelenség. A Szovjetunióban a V. S. Krym által az évben kidolgozott úgynevezett donyecki osztályozás volt a fő ipari osztályozás. Néha „márkásnak” is nevezik, ugyanakkor genetikai, mivel a szén tulajdonságainak alapjául szolgáló változásai a szén szervesanyagainak genetikai fejlődésével való kapcsolatukat tükrözik.
betétek
| Az ország | Szén | Barnaszén | Teljes | % |
|---|---|---|---|---|
| USA | 111 338 | 135 305 | 246 643 | 27,1 |
| Oroszország | 49 088 | 107 922 | 157 010 | 17,3 |
| Kína | 62 200 | 52 300 | 114 500 | 12,6 |
| India | 90 085 | 2360 | 92 445 | 10,2 |
| Ausztrália | 38 600 | 39 900 | 78 500 | 8,6 |
| Dél-Afrika | 48 750 | 48 750 | 5,4 | |
| Ukrajna | 16 274 | 17 879 | 34 153 | 3,8 |
| Kazahsztán | 28 151 | 3128 | 31 279 | 3,4 |
| Lengyelország | 14 000 | 14 000 | 1,5 | |
| Brazília | 10 113 | 10 113 | 1,1 | |
| Németország | 183 | 6556 | 6739 | 0,7 |
| Colombia | 6230 | 381 | 6611 | 0,7 |
| Kanada | 3471 | 3107 | 6578 | 0,7 |
| cseh | 2094 | 3458 | 5552 | 0,6 |
| Indonézia | 740 | 4228 | 4968 | 0,5 |
| pulyka | 278 | 3908 | 4186 | 0,5 |
| Madagaszkár | 198 | 3159 | 3357 | 0,4 |
| Pakisztán | 3050 | 3050 | 0,3 | |
| Bulgária | 4 | 2183 | 2187 | 0,2 |
| Thaiföld | 1354 | 1354 | 0,1 | |
| Észak Kórea | 300 | 300 | 600 | 0,1 |
| Új Zéland | 33 | 538 | 571 | 0,1 |
| Spanyolország | 200 | 330 | 530 | 0,1 |
| Zimbabwe | 502 | 502 | 0,1 | |
| Románia | 22 | 472 | 494 | 0,1 |
| Venezuela | 479 | 479 | 0,1 | |
| Teljes | 478 771 | 430 293 | 909 064 | 100,0 |
A kőszén a Donyecki szénmedencében és a Lvov-Volini szénmedencében (Ukrajna) koncentrálódik; Karaganda (Kazahsztán); Dél-Jakutszk, Minuszinszk, Bureinszkij, Tungusszkij, Lenszkij, Tajmirszkij (Oroszország); Appalache, Pennsylvania (Észak-Amerika), Alsó-Rajna-Vesztfália (Ruhr-Németország); Felső-Sziléziai, Ostrava-Karvinsky (Csehország és Lengyelország); Shanxi medence (Kína), dél-walesi medence (Nagy-Britannia).
A legnagyobb szénmedencék közül, amelyek ipari fejlődése a 18-19. században kezdődött, Közép-Angliát, Dél-Walest, Skóciát és Newcastle-t (Nagy-Britannia) emelik ki; Vesztfáliai (Ruhr) és Saarbrückeni medencék (Németország); Belgium és Észak-Franciaország betétei; Saint-Etienne (Franciaország) medencéi; Szilézia (Lengyelország); Donyeck-medence (Ukrajna).
Oktatás
A szén olyan növények szerves maradványainak bomlástermékeiből képződik, amelyek változásokon (metamorfizmuson) mentek keresztül a környező földkéreg kőzeteinek nagy nyomása és viszonylag magas hőmérséklet hatására.
Amikor a széntartalmú réteget növekvő nyomás és hőmérséklet mellett mélybe merítjük, a szerves tömeg következetes átalakulása következik be, megváltozik kémiai összetétele, fizikai tulajdonságai és molekulaszerkezete. Mindezeket az átalakulásokat „regionális szénmetamorfizmusnak” nevezik. A metamorfizmus végső (legmagasabb) szakaszában a szén antracittá alakul, grafit kristályszerkezetével. A regionális metamorfizmuson kívül néha (ritkábban) átalakulások mennek végbe a széntartalmú rétegek mellett (fedő vagy alattuk) elhelyezkedő magmás kőzetekből származó hő hatására - termikus metamorfizmus, valamint közvetlenül a szénrétegekben - érintkezési metamorfózis. A szén szerves anyagában a metamorfózis mértékének növekedését a relatív széntartalom következetes növekedése, valamint az oxigén- és hidrogéntartalom csökkenése követi nyomon. Az illékony anyagok hozama folyamatosan csökken (50-ről 8%-ra száraz hamumentes állapotban), az égéshő, a szintereződési képesség és a szén fizikai tulajdonságai is változnak. Különösen a fényesség, a fényvisszaverő képesség, a szén térfogatsűrűsége és egyéb tulajdonságok változnak lineárisan. Egyéb fontos fizikai tulajdonságok (porozitás, sűrűség, csomósodás, égéshő, rugalmas tulajdonságok stb.) kifejezett parabolikus vagy kevert törvények szerint változnak.
A szén metamorfizmusának stádiumának optikai kritériumaként a visszaverődési indexet használjuk; a kőolajföldtanban is használják az üledékes rétegek katagén átalakulásának szakaszának megállapítására. Az olajimmerziós fényvisszaverő képesség (R0) folyamatosan növekszik 0,5–0,65%-ról D osztályú szén esetén 2–2,5%-ra T osztályú szén esetében.
A szén sűrűsége és porozitása függ a kőzettani összetételtől, az ásványi szennyeződések mennyiségétől és jellegétől, valamint a metamorfózis mértékétől. A legnagyobb sűrűséggel (1300-1500 kg/m³), a legalacsonyabb (1280-1300 kg/m³) a vitrinit csoport komponenseit jellemzi. A sűrűség változása a metamorfizmus mértékének növekedésével egy parabola törvényben következik be, a zsírcsoportba való átmenet zónájának inverziójával; alacsony hamutartalmú megnyilvánulások esetén a szén D-fokozatáról a Zh fokozatra csökken átlagosan 1370-ről 1280 kg/m³-ra, majd a T szénminőségűnél 1340 kg/m³-re emelkedik.
A szén teljes porozitása is a szélsőséges törvények szerint változik; a donyecki szén esetében 14–22%, a K szénnél 4–8%, és (valószínűleg a lazítás miatt) 10–15%-ra emelkedik a T minőségű szénnél.A szén pórusait makropórusokra (átlagos átmérő 500×10–10 m) és mikropórusokra (5–15×10–10 m) osztják. A rést mezopórusok foglalják el. A porozitás csökken a metamorfózis stádiumának növekedésével. Az endogén (a szén képződése során kialakuló) repedés, amelyet a fényes szén minden 5 cm-ére eső repedések számával becsülnek meg, a szén metamorfózisának stádiumától függ: a barnaszén hosszú lángra való átmenete során 12 repedésre nő. szén és maximum 35–60 a kokszszénnél, és az antracittá való átmenet során egymás után 12–15 repedésre csökken. A szén rugalmassági tulajdonságainak ugyanazon változási mintájának van alárendelve a Young-modulus, a Poisson-hányados, a nyírási (nyírási) modulus és az ultrahangsebesség. A kőszén mechanikai szilárdságát a törhetőség, a törékenység és a keménység, valamint az átmeneti nyomószilárdság jellemzi.
Használat
A kőszenet technológiai, energetikai-technológiai és energetikai nyersanyagként, koksz és félkoksz előállítása során használják nagyszámú vegyi termék (naftalin, fenol, szurok stb.) előállítása során, amely alapján műtrágyák, műanyagok, szintetikus szálak, lakkok, festékek stb.
A szén felhasználásának egyik legígéretesebb területe a cseppfolyósítás (a szén hidrogénezése) folyékony tüzelőanyag előállítására. A kőszén nem energetikai célú felhasználására többféle, termokémiai, kémiai és egyéb feldolgozáson alapuló sémák léteznek, amelyek a teljes integrált felhasználást és a környezet védelmét szolgálják.
