שיטות כריית פחם חום

כריית פחם

שיטות כריית פחם תלויות בעומק התרחשותו. הפיתוח מתבצע בצורה פתוחה במכרות פחם, אם עומק תפר הפחם אינו עולה על מאה מטרים. ישנם גם מקרים תכופים שבהם, עם העמקה הולכת וגוברת של בור פחם, יתרון נוסף לפתח מרבץ פחם בשיטה תת-קרקעית. מכרות משמשים להפקת פחם מעומקים גדולים. המכרות העמוקים ביותר בפדרציה הרוסית מחלצים פחם מרמה של קצת יותר מאלף מאתיים מטר.
בייצור מכרה קונבנציונלי, כ-40% מהפחם אינם מופקים. השימוש בשיטות כרייה חדשות - longwall - מאפשר להפיק יותר פחם.

יחד עם פחם, מרבצים נושאי פחם מכילים סוגים רבים של משאבים גיאוגרפיים בעלי משמעות צרכנית. אלה כוללים סלעים מארחים כחומרי גלם לתעשיית הבנייה, מי תהום, מתאן מצע פחם, יסודות נדירים ויסודות קורט, כולל מתכות יקרות ערך ותרכובותיהן. לדוגמה, חלק מהפחמים מועשרים בגרמניום.

הגיע לשיא של 8254.9 מיליון טון ב-2013.

היווצרות פחם

בזמנים שונים ובמקומות שונים בעברו הגיאולוגי של כדור הארץ, התקיימו יערות עבותים בשפלה ביצות. עקב תהליכים טבעיים כמו שיטפונות, היערות הללו נקברו מתחת לאדמה. ככל ששכבת האדמה מעליהם גדלה, הלחץ גבר. גם הטמפרטורה עלתה כשהיא ירדה. בתנאים כאלה, החומר הצמחי היה מוגן מפני פירוק ביולוגי וחמצון. הפחמן שסופק על ידי צמחים באדמות כבול ענקיות כוסה בסופו של דבר ונקבר עמוק על ידי משקעים. בלחץ גבוה ובטמפרטורה גבוהה, צמחייה מתה הופכת בהדרגה לפחם. מכיוון שפחם הוא ברובו פחמן, הפיכת צמחייה מתה לפחם נקראת פחם.

פחם נוצר כאשר חומר צמחי נרקב מצטבר מהר יותר מכפי שניתן לפרק אותו חיידקית. הסביבה האידיאלית לכך נוצרת בביצות, בהן מים עומדים, דלים בחמצן, מונעים פעילות חיונית של חיידקים ובכך מגנים על מסת הצמח מהרס מוחלט. בשלב מסוים של התהליך, החומצות המשתחררות מונעות פעילות חיידקית נוספת. ככה כָּבוּל - המוצר הראשוני להיווצרות פחם. אם אז הוא נקבר מתחת למשקעים אחרים, אז הכבול חווה דחיסה, ומאבד מים וגזים, הופך לפחם.

בלחץ שכבות של משקעים בעובי קילומטר אחד, מתקבלת שכבת פחם חום בעובי 4 מטר משכבת ​​כבול של 20 מטר. אם עומק הקבורה של חומר צמחי מגיע לשלושה קילומטרים, אז אותה שכבת כבול תהפוך לשכבת פחם בעובי 2 מטרים. בעומק גדול יותר, כשישה קילומטרים, ובטמפרטורה גבוהה יותר, שכבת כבול באורך 20 מטר הופכת לשכבת אנתרציט בעובי 1.5 מטר.

להיווצרות פחם יש צורך בהצטברות שופעת של מסת צמחים. בביצות כבול עתיקות, החל מהתקופה הדבונית (לפני כ-400 מיליון שנה), הצטבר חומר אורגני, ממנו נוצרו גחלים מאובנים ללא גישה לחמצן. רוב מרבצי הפחם המאובנים המסחריים מתוארכים לתקופה זו, אם כי קיימים גם מרבצים צעירים יותר. גילם של הגחלים העתיקים ביותר מוערך בכ-300-400 מיליון שנים.

היווצרותם של כמויות גדולות של פחם פסקה ככל הנראה לאחר הופעת פטריות, שכן הריקבון הלבן של פטריות מפרק לחלוטין את ליגנין.

הים הרחב והרדוד של הפחמן סיפקו תנאים אידיאליים להיווצרות פחם, אם כי פחמים ידועים מרוב התקופות הגיאולוגיות.היוצא מן הכלל הוא פער הפחם במהלך אירוע ההכחדה של פרמיאן-טריאס, שבו פחם נדיר. הפחם שנמצא בשכבות הקדם-קמבריות שקדמו לצמחי היבשה, סבורים שמקורו בשרידי אצות.

כתוצאה מתנועת קרום כדור הארץ, תפרי הפחם חוו התרוממות והתקפלות. עם הזמן נהרסו החלקים המורמים עקב שחיקה או בעירה ספונטנית, ואילו החלקים הנמוכים השתמרו באגנים רדודים רחבים, שבהם הפחם נמצא לפחות 900 מטרים מעל פני כדור הארץ. היווצרותם של תפרי הפחם העבים ביותר קשורה לאזורים של פני כדור הארץ, שבאזורם התרחשו יציאות של נפחים משמעותיים של מסות ביטומניות, כמו למשל ב- Hat Creek (אנגלית) רוסית. (קנדה), העובי הכולל של חבילת תפרי הפחם מגיע ל-450 מ'.

השפעה על הסביבה והבריאות של הכורים

פחם מאובנים מכיל מתכות כבדות מזיקות כמו כספית וקדמיום (ריכוז של עד 0.0001 עד 0.01% לפי משקל)[מקור לא צוין 2077 ימים].

במהלך כריית פחם תת-קרקעית, תכולת האבק באוויר יכולה לעלות על ה-MPC מאות פעמים. בתנאי העבודה הקיימים במכרות, הלבישה המתמשכת של מכונות הנשמה כמעט בלתי אפשרית (עם כל זיהום חמור הם מצריכים החלפה מהירה לניקוי מסכות הנשמה חדשות, אינן מאפשרות תקשורת וכו'), מה שלא מאפשר שימוש בהן. כאמצעי למניעה אמינה של מחלות מקצוע בלתי הפיכות וחשוכות מרפא - סיליקוזיס, פנאומוקוניוזיס (וכו'). לכן, על מנת להגן בצורה מהימנה על בריאותם של כורים ועובדי מפעלי עיבוד פחם בארצות הברית, נעשה שימוש באמצעים יעילים יותר להגנה קולקטיבית.

סיווג, סוגים

פחם מחולק מבריק, חצי מבריק, חצי מט, מט. ככלל, סוגים מבריקים של פחם הם בעלי אפר נמוך בגלל התוכן הלא משמעותי של זיהומים מינרלים.

בין המבנים של החומר האורגני של הפחם, נבדלים 4 סוגים (טלניט, פוסטלניט, פרקוליניט וקוליניט), שהם שלבים עוקבים של תהליך פירוק יחיד של ליגנינים - רקמות תאית. לקבוצות הגנטיות של פחם קשה, בנוסף לארבעת הסוגים הללו, נכלל בנוסף פחם ליפטיניט. כל אחת מחמש הקבוצות הגנטיות לפי סוג החומר של מיקרו-רכיבי פחם מחולקת למחלקות מתאימות.

ישנם סוגים רבים של סיווגי פחם: לפי הרכב חומרים, הרכב פטרוגרפי, גנטי, כימי-טכנולוגי, תעשייתי ומעורב. סיווגים גנטיים מאפיינים את תנאי הצטברות הפחם, ממשי ופטרוגראפי - הרכבו החומרי והפטרוגרפי, כימי-טכנולוגי - הרכבו הכימי של הפחם, תהליכי היווצרות ועיבוד תעשייתי, תעשייתי - קיבוץ סוגי פחם טכנולוגי בהתאם לדרישות הפחם. תַעֲשִׂיָה. סיווגים של פחם בתפרים משמשים לאפיון מרבצי פחם.

סיווג תעשייתי של פחם

הסיווג התעשייתי של פחם קשה במדינות בודדות מבוסס על פרמטרים שונים של תכונות והרכב הפחם: בארה"ב, הפחם הקשה מסווג לפי חום הבעירה, תכולת הפחמן הקבוע והתכולה היחסית של חומרים נדיפים, ביפן - לפי חום הבעירה, מה שנקרא מקדמי הדלק וחוזק הקוקס, או חוסר היכולת לעשות קוק. בברית המועצות, מה שנקרא סיווג דונייצק שפותח בשנה על ידי V.S. Krym שימש כמיון התעשייתי העיקרי. לעתים הוא מכונה "ממותג", ויחד עם זאת הוא גנטי, שכן השינויים בתכונות הפחם המובאים כבסיסו משקפים את הקשר שלהם עם ההתפתחות הגנטית של החומר האורגני של הפחם.

פיקדונות

עתודות פחם מוכחות לשנה, במיליוני טון

המדינה	פֶּחָם	פחם חום	סך הכל	%
ארה"ב	111 338	135 305	246 643	27,1
רוּסִיָה	49 088	107 922	157 010	17,3
חרסינה	62 200	52 300	114 500	12,6
הוֹדוּ	90 085	2360	92 445	10,2
אוֹסטְרַלִיָה	38 600	39 900	78 500	8,6
דרום אפריקה	48 750	48 750	5,4
אוקראינה	16 274	17 879	34 153	3,8
קזחסטן	28 151	3128	31 279	3,4
פּוֹלִין	14 000	14 000	1,5
בְּרָזִיל	10 113	10 113	1,1
גֶרמָנִיָה	183	6556	6739	0,7
קולומביה	6230	381	6611	0,7
קנדה	3471	3107	6578	0,7
צ'כית	2094	3458	5552	0,6
אִינדוֹנֵזִיָה	740	4228	4968	0,5
טורקיה	278	3908	4186	0,5
מדגסקר	198	3159	3357	0,4
פקיסטן	3050	3050	0,3
בולגריה	4	2183	2187	0,2
תאילנד	1354	1354	0,1
צפון קוריאה	300	300	600	0,1
ניו זילנד	33	538	571	0,1
סְפָרַד	200	330	530	0,1
זימבבואה	502	502	0,1
רומניה	22	472	494	0,1
ונצואלה	479	479	0,1
סך הכל	478 771	430 293	909 064	100,0

הפחם הקשה מרוכז באגן הפחם של דונייצק ובאגן הפחם לבוב-וולין (אוקראינה); קרגנדה (קזחסטן); דרום יאקוטסק, מינוסינסק, בורינסקי, טונגסקי, לנסקי, טיימירסקי (רוסיה); אפלצ'ים, פנסילבניה (צפון אמריקה), תחתית הריין-וסטפאל (רוהר - גרמניה); שלזיה עילית, אוסטרבה-קרווינסקי (צ'כיה ופולין); אגן שנשי (סין), אגן דרום וולשי (בריטניה).

בין אגני הפחם הגדולים ביותר, שפיתוחם התעשייתי החל במאות ה-18-19, בולטים את מרכז אנגליה, דרום ויילס, סקוטלנד וניוקאסל (בריטניה); אגני וסטפאליה (רוהר) וסארבריקן (גרמניה); פיקדונות של בלגיה וצפון צרפת; אגני סנט אטיין (צרפת); שלזיה (פולין); אגן דונייצק (אוקראינה).

חינוך

פחם נוצר מתוצרי הפירוק של שרידים אורגניים של צמחים שעברו שינויים (מטמורפיזם) בתנאי לחץ גבוה של הסלעים המקיפים את קרום כדור הארץ וטמפרטורות גבוהות יחסית.

כאשר השכבה הנושאת פחם טובלת לעומק בתנאים של עלייה בלחץ ובטמפרטורה, מתרחשת טרנספורמציה עקבית של המסה האורגנית, שינוי בהרכבה הכימי, בתכונות הפיזיקליות ובמבנה המולקולרי שלה. כל התמורות הללו מכונות "מטמורפיזם פחם אזורי". בשלב הסופי (הגבוה ביותר) של המטמורפיזם, פחם הופך לאנתרציט עם מבנה גבישי בולט של גרפיט. בנוסף למטמורפיזם אזורי, לעיתים (פחות תכופות) מתרחשות טרנספורמציות בהשפעת חום מסלעי חום הממוקמים ליד שכבות נושאות פחם (ששוכבות מעליהן או מתחתיהן) - מטמורפזה תרמית, וכן ישירות בתפרי הפחם - מטמורפיזם מגע. עלייה בדרגת המטמורפיזם בחומר האורגני של הפחם מתבססת על עלייה עקבית בתכולת הפחמן היחסית וירידה בתכולת החמצן והמימן. התפוקה של חומרים נדיפים יורדת בעקביות (מ-50 ל-8% במונחים של מצב נקי מאפר יבש), גם חום הבעירה, יכולת הסינטור והתכונות הפיזיקליות של הפחם משתנים. בפרט, ברק, רפלקטיביות, צפיפות בתפזורת של פחם ומאפיינים אחרים משתנים באופן ליניארי. תכונות פיזיקליות חשובות אחרות (נקבוביות, צפיפות, התגבשות, חום בעירה, תכונות אלסטיות וכו') משתנות בהתאם לחוקים פרבוליים או מעורבים מובהקים.

כקריטריון אופטי לשלב של מטמורפיזם הפחם, נעשה שימוש במדד הרפלקטיביות; הוא משמש גם בגיאולוגיה של נפט כדי לבסס את השלב של טרנספורמציות קטגניות של שכבות המשקעים. הרפלקטיביות בטבילת שמן (R0) עולה בעקביות מ-0.5-0.65% עבור פחם דרגה D ל-2-2.5% עבור פחם מסוג T.

הצפיפות והנקבוביות של הפחם תלויות בהרכב הפטרוגרפי, בכמות ובטבעם של זיהומים מינרלים ובמידת המטמורפיזם. מרכיבי קבוצת הפוסיניטים מאופיינים בצפיפות הגבוהה ביותר (1300-1500 ק"ג/מ"ק), והנמוכה ביותר (1280-1300 ק"ג/מ"ק) על ידי קבוצת הוויטריניטים. השינוי בצפיפות עם עלייה בדרגת המטמורפיזם מתרחש בחוק פרבולי עם היפוך באזור המעבר לקבוצה השומנית; בביטויים של אפר נמוך, הוא יורד מדרגת פחם D לדרגה Zh בממוצע מ-1370 ל-1280 ק"ג/מ"ר ולאחר מכן עולה ברציפות עבור פחם בדרגה T עד ל-1340 ק"ג/מ"ר.

גם הנקבוביות הכוללת של הפחם משתנה בהתאם לחוקים קיצוניים; עבור דונייצק פחם D הוא 14-22%, דרגת פחם K 4-8% ועולה (כנראה עקב התרופפות) עד 10-15% עבור פחם T.נקבוביות בפחם מחולקות למקרו-נקבוביות (קוטר ממוצע 500×10-10 מ') ומיקרו-נקבובית (5-15×10-10 מ'). את הפער תופסים מזופורים. הנקבוביות פוחתת עם הגדלת השלב של המטמורפיזם. שבירה אנדוגנית (התפתחה במהלך יצירת פחם), הנאמדת לפי מספר הסדקים לכל 5 ס"מ של פחם מבריק, תלויה בשלב של מטמורפיזם הפחם: היא גדלה ל-12 סדקים במהלך המעבר של פחם חום ללהבה ארוכה. פחם ויש לו מקסימום 35-60 עבור פחם קוקינג ויורדת ברציפות ל-12-15 סדקים במעבר לאנתרציטים. כפופים לאותו דפוס של שינוי בתכונות האלסטיות של פחם הם מודול יאנג, יחס פואסון, מודול גזירה (גזירה) ומהירות אולטרסאונד. החוזק המכני של הפחם הקשה מאופיין ביכולת הריסוק שלו, שבירותו וקשיותו, וכן בחוזק לחיצה זמני.

נוֹהָג

הפחם הקשה משמש כחומר גלם טכנולוגי, אנרגטי-טכנולוגי ואנרגטי, בייצור קוק וחצי קוק בקשר לייצור של מספר רב של מוצרים כימיים מהם (נפטלן, פנול, זפת ועוד). על בסיס אשר דשנים, פלסטיק, סיבים סינתטיים, לכות, צבעים וכן הלאה.

אחד התחומים המבטיחים ביותר לשימוש בפחם הוא נזילות (הידרוג פחם) להפקת דלק נוזלי. קיימות תוכניות שונות לשימוש ללא אנרגיה בפחם קשה המבוססות על עיבוד תרמוכימי, כימי ואחר, במטרה להשתמש בהם באופן משולב מלא ולהבטיח הגנה על הסביבה.