mijnbouw
Mijnbouwmethoden zijn afhankelijk van de diepte van het voorkomen. De ontwikkeling wordt op een open manier uitgevoerd in kolenmijnen, als de diepte van de kolenlaag niet meer dan honderd meter bedraagt. Er zijn ook frequente gevallen waarin het bij een steeds toenemende verdieping van een kolenmijn verder voordelig is om een kolenafzetting ondergronds te ontwikkelen. Mijnen worden gebruikt om steenkool uit grote diepten te winnen. De diepste mijnen in de Russische Federatie winnen steenkool vanaf een hoogte van iets meer dan duizend tweehonderd meter.
Bij conventionele mijnbouw wordt ongeveer 40% van de kolen niet gewonnen. Het gebruik van nieuwe mijnbouwmethoden - longwall - stelt je in staat meer steenkool te winnen.
Samen met steenkool bevatten steenkoolhoudende afzettingen vele soorten geobronnen die van belang zijn voor de consument. Deze omvatten gastgesteenten als grondstof voor de bouwsector, grondwater, methaan in kolenlagen, zeldzame en sporenelementen, waaronder waardevolle metalen en hun verbindingen. Sommige kolen zijn bijvoorbeeld verrijkt met germanium.
piekte op 8254,9 miljoen ton in 2013.
steenkoolvorming
Op verschillende tijdstippen en op verschillende plaatsen in het geologische verleden van de aarde waren er dichte bossen in de laaggelegen moerassen. Door natuurlijke processen zoals overstromingen werden deze bossen ondergronds begraven. Naarmate de grondlaag erboven groter werd, nam de druk toe. De temperatuur steeg ook terwijl het daalde. Onder dergelijke omstandigheden werd het plantmateriaal beschermd tegen biologische afbraak en oxidatie. De koolstof die door planten in enorme veengebieden werd vastgelegd, werd uiteindelijk bedekt en diep begraven door sedimenten. Onder hoge druk en hoge temperatuur wordt dode vegetatie geleidelijk omgezet in steenkool. Omdat houtskool meestal koolstof is, wordt de omzetting van dode vegetatie in houtskool carbonisatie genoemd.
Steenkool wordt gevormd wanneer rottend plantaardig materiaal zich sneller ophoopt dan het bacterieel kan worden afgebroken. De ideale omgeving hiervoor wordt gecreëerd in moerassen, waar stilstaand water, arm aan zuurstof, de vitale activiteit van bacteriën verhindert en daarmee de plantenmassa beschermt tegen volledige vernietiging. In een bepaald stadium van het proces verhinderen de vrijgekomen zuren verdere bacteriële activiteit. Dit is hoe turf - het uitgangsproduct voor de vorming van steenkool. Als het dan onder andere sedimenten wordt begraven, ondergaat het veen compressie en wordt het bij verlies van water en gassen omgezet in steenkool.
Onder druk van sedimentlagen van een kilometer dik wordt uit een 20 meter lange laag veen een laag bruinkool van 4 meter dik verkregen. Als de diepte van het begraven van plantaardig materiaal drie kilometer bereikt, zal dezelfde laag turf veranderen in een laag steenkool van 2 meter dik. Op een grotere diepte, zo'n zes kilometer, en bij een hogere temperatuur, wordt een veenlaag van 20 meter een laag antraciet van 1,5 meter dik.
Voor de vorming van steenkool is een overvloedige ophoping van plantenmassa noodzakelijk. In oude veengebieden, vanaf het Devoon (ongeveer 400 miljoen jaar geleden), verzamelde zich organisch materiaal, waaruit fossiele kolen werden gevormd zonder toegang tot zuurstof. De meeste commerciële fossiele steenkoolafzettingen dateren uit deze periode, hoewel er ook jongere afzettingen zijn. De leeftijd van de oudste kolen wordt geschat op ongeveer 300-400 miljoen jaar.
De vorming van grote hoeveelheden steenkool stopte hoogstwaarschijnlijk na het verschijnen van schimmels, omdat de witrot van schimmels lignine volledig afbreekt.
De brede, ondiepe zeeën van het Carboon boden ideale omstandigheden voor steenkoolvorming, hoewel steenkool bekend is uit de meeste geologische perioden.De uitzondering is de steenkoolkloof tijdens het Perm-Trias-extinctie, waar steenkool zeldzaam is. De steenkool gevonden in de Precambrische lagen die dateren van vóór landplanten wordt verondersteld afkomstig te zijn van de overblijfselen van algen.
Als gevolg van de beweging van de aardkorst werden steenkoollagen opgetild en geplooid. In de loop van de tijd zijn de opgetilde delen vernietigd door erosie of zelfontbranding, terwijl de verlaagde delen bewaard zijn gebleven in brede ondiepe bassins, waar steenkool zich minstens 900 meter boven het aardoppervlak bevindt. De vorming van de dikste steenkoollagen wordt geassocieerd met delen van het aardoppervlak, op het gebied waarvan uitstroom van aanzienlijke hoeveelheden bitumineuze massa's plaatsvond, zoals bijvoorbeeld in Hat Creek (Engels) Russisch. (Canada) bereikt de totale dikte van het pakket kolenlagen 450 m.
Impact op het milieu en de gezondheid van mijnwerkers
Fossiele steenkool bevat schadelijke zware metalen zoals kwik en cadmium (concentratie van maximaal 0,0001 tot 0,01 gew.%)[bron niet gespecificeerd 2077 dagen].
Tijdens ondergrondse kolenwinning kan het stofgehalte van de lucht de MPC honderden keren overschrijden. Onder de werkomstandigheden die in de mijnen bestaan, is het continu dragen van ademhalingstoestellen praktisch onmogelijk (bij elke ernstige vervuiling moeten ze snel worden vervangen om nieuwe ademhalingsmaskers schoon te maken, ze laten geen communicatie toe, enz.), wat het gebruik ervan niet toestaat als een middel voor betrouwbare preventie van onomkeerbare en ongeneeslijke beroepsziekten - silicose, pneumoconiose (enz.). Om de gezondheid van mijnwerkers en arbeiders van kolenverwerkende bedrijven in de Verenigde Staten betrouwbaar te beschermen, worden daarom effectievere middelen voor collectieve bescherming gebruikt.
Classificatie, typen
Steenkool is onderverdeeld in glanzend, halfglanzend, halfmat, mat. Glanzende kolensoorten zijn in de regel asarm vanwege het geringe gehalte aan minerale onzuiverheden.
Onder de structuren van de organische stof van steenkool worden 4 soorten (teliniet, posttelinite, precoliniet en colinite) onderscheiden, die opeenvolgende stadia zijn van een enkel proces van afbraak van lignines - celluloseweefsels. Tot de genetische groepen van steenkool wordt naast deze vier typen ook nog leuptinietkool gerekend. Elk van de vijf genetische groepen volgens het type stof van steenkoolmicrocomponenten is onderverdeeld in overeenkomstige klassen.
Er zijn veel soorten kolenclassificaties: op materiaalsamenstelling, petrografische samenstelling, genetisch, chemisch-technologisch, industrieel en gemengd. Genetische classificaties karakteriseren de omstandigheden van steenkoolaccumulatie, reëel en petrografische - de materiële en petrografische samenstelling, chemisch-technologisch - de chemische samenstelling van steenkool, de processen van vorming en industriële verwerking, industriële - technologische groepering van steenkoolsoorten afhankelijk van de vereisten van de industrie. Classificaties van steenkool in lagen worden gebruikt om steenkoolafzettingen te karakteriseren.
Industriële classificatie van steenkool
De industriële classificatie van steenkool in afzonderlijke landen is gebaseerd op verschillende parameters van de eigenschappen en samenstelling van steenkool: in de VS wordt steenkool geclassificeerd op basis van de verbrandingswarmte, het gehalte aan vaste koolstof en het relatieve gehalte aan vluchtige stoffen, in Japan - volgens de verbrandingswarmte, de zogenaamde brandstofcoëfficiënten en de sterkte van cokes, of het onvermogen tot cokes. In de USSR fungeerde de zogenaamde Donetsk-classificatie die in het jaar door V.S. Krym werd ontwikkeld, als de belangrijkste industriële classificatie. Het wordt soms "merk" genoemd en is tegelijkertijd genetisch, aangezien de veranderingen in de eigenschappen van steenkool die als basis worden genomen, hun verband met de genetische ontwikkeling van de organische stof van steenkool weerspiegelen.
deposito's
| Het land | Steenkool | bruinkool | Totaal | % |
|---|---|---|---|---|
| VS | 111 338 | 135 305 | 246 643 | 27,1 |
| Rusland | 49 088 | 107 922 | 157 010 | 17,3 |
| China | 62 200 | 52 300 | 114 500 | 12,6 |
| India | 90 085 | 2360 | 92 445 | 10,2 |
| Australië | 38 600 | 39 900 | 78 500 | 8,6 |
| Zuid-Afrika | 48 750 | 48 750 | 5,4 | |
| Oekraïne | 16 274 | 17 879 | 34 153 | 3,8 |
| Kazachstan | 28 151 | 3128 | 31 279 | 3,4 |
| Polen | 14 000 | 14 000 | 1,5 | |
| Brazilië | 10 113 | 10 113 | 1,1 | |
| Duitsland | 183 | 6556 | 6739 | 0,7 |
| Colombia | 6230 | 381 | 6611 | 0,7 |
| Canada | 3471 | 3107 | 6578 | 0,7 |
| Tsjechisch | 2094 | 3458 | 5552 | 0,6 |
| Indonesië | 740 | 4228 | 4968 | 0,5 |
| kalkoen | 278 | 3908 | 4186 | 0,5 |
| Madagascar | 198 | 3159 | 3357 | 0,4 |
| Pakistan | 3050 | 3050 | 0,3 | |
| Bulgarije | 4 | 2183 | 2187 | 0,2 |
| Thailand | 1354 | 1354 | 0,1 | |
| Noord Korea | 300 | 300 | 600 | 0,1 |
| Nieuw-Zeeland | 33 | 538 | 571 | 0,1 |
| Spanje | 200 | 330 | 530 | 0,1 |
| Zimbabwe | 502 | 502 | 0,1 | |
| Roemenië | 22 | 472 | 494 | 0,1 |
| Venezuela | 479 | 479 | 0,1 | |
| Totaal | 478 771 | 430 293 | 909 064 | 100,0 |
Steenkool is geconcentreerd in het kolenbekken van Donetsk en in het kolenbekken van Lvov-Volyn (Oekraïne); Karaganda (Kazachstan); Zuid-Jakoetsk, Minusinsk, Bureinsky, Tunguska, Lensky, Taymyrsky (Rusland); Appalachian, Pennsylvania (Noord-Amerika), Nederrijn-Westfalen (Ruhr - Duitsland); Opper-Silezië, Ostrava-Karvinsky (Tsjechië en Polen); Shanxi-bekken (China), South Welsh-bekken (Groot-Brittannië).
Onder de grootste kolenbekkens, waarvan de industriële ontwikkeling begon in de 18e-19e eeuw, worden Centraal-Engeland, Zuid-Wales, Schotland en Newcastle (Groot-Brittannië) uitgekozen; Westfaalse (Ruhr) en Saarbrücken bekkens (Duitsland); deposito's van België en Noord-Frankrijk; bekkens van Saint-Etienne (Frankrijk); Silezië (Polen); Donetsk-bekken (Oekraïne).
Onderwijs
Steenkool wordt gevormd uit de afbraakproducten van de organische resten van planten die veranderingen (metamorfose) hebben ondergaan onder omstandigheden van hoge druk van de omringende gesteenten van de aardkorst en relatief hoge temperaturen.
Wanneer de steenkoolhoudende laag tot een diepte wordt ondergedompeld onder omstandigheden van toenemende druk en temperatuur, vindt een consistente transformatie van de organische massa plaats, een verandering in de chemische samenstelling, fysieke eigenschappen en moleculaire structuur. Al deze transformaties worden "regionaal steenkoolmetamorfisme" genoemd. In het laatste (hoogste) stadium van metamorfisme verandert steenkool in antraciet met een uitgesproken kristalstructuur van grafiet. Naast regionaal metamorfisme vinden soms (minder vaak) transformaties plaats onder invloed van warmte van stollingsgesteenten die zich naast steenkoolhoudende lagen (bovenliggende of onderliggende lagen) bevinden - thermisch metamorfisme, evenals direct in steenkoollagen - contactmetamorfisme. Een toename van de mate van metamorfose in de organische stof van steenkool wordt gevolgd door een consistente toename van het relatieve gehalte aan koolstof en een afname van het gehalte aan zuurstof en waterstof. Het rendement aan vluchtige stoffen neemt gestaag af (van 50 naar 8% qua droge asvrije toestand), ook de verbrandingswarmte, het sintervermogen en de fysische eigenschappen van steenkool veranderen. Met name glans, reflectiviteit, bulkdichtheid van steenkool en andere eigenschappen veranderen lineair. Andere belangrijke fysische eigenschappen (porositeit, dichtheid, aankoeken, verbrandingswarmte, elastische eigenschappen, enz.) veranderen volgens uitgesproken parabolische of gemengde wetten.
Als optisch criterium voor het stadium van steenkoolmetamorfose wordt de reflectiviteitsindex gebruikt; het wordt ook gebruikt in de aardoliegeologie om het stadium van katagene transformaties van de sedimentaire laag vast te stellen. De reflectiviteit in olie-immersie (R0) neemt consequent toe van 0,5-0,65% voor steenkool van klasse D tot 2-2,5% voor steenkool van klasse T.
De dichtheid en porositeit van steenkool zijn afhankelijk van de petrografische samenstelling, de hoeveelheid en aard van minerale onzuiverheden en de mate van metamorfose. De componenten van de fusinietgroep worden gekenmerkt door de hoogste dichtheid (1300-1500 kg/m³) en de laagste (1280-1300 kg/m³) door de vitrinitegroep. De verandering in dichtheid met een toename van de mate van metamorfisme vindt plaats in een parabolische wet met een inversie in de overgangszone naar de vetgroep; in asarme verschijningsvormen neemt het af van steenkoolklasse D tot klasse Zh gemiddeld van 1370 tot 1280 kg/m³ en neemt vervolgens opeenvolgend toe voor steenkoolklasse T tot 1340 kg/m³.
De totale porositeit van steenkool varieert ook volgens extreme wetten; voor Donetsk-steenkool van klasse D is het 14-22%, steenkool van klasse K 4-8% en neemt toe (waarschijnlijk als gevolg van losraken) tot 10-15% voor steenkool van klasse T.Poriën in steenkool worden onderverdeeld in macroporiën (gemiddelde diameter 500×10–10 m) en microporiën (5–15×10–10 m). De kloof wordt ingenomen door mesoporiën. De porositeit neemt af met een toenemend stadium van metamorfisme. Endogene (ontwikkeld tijdens de vorming van steenkool) breuk, die wordt geschat op basis van het aantal scheuren voor elke 5 cm glanzende steenkool, hangt af van het stadium van steenkoolmetamorfose: het neemt toe tot 12 scheuren tijdens de overgang van bruinkool naar langvlammen steenkool en heeft een maximum van 35-60 voor cokeskolen en neemt achtereenvolgens af tot 12-15 scheuren in de overgang naar antraciet. Ondergeschikt aan hetzelfde patroon van verandering in de elastische eigenschappen van steenkool zijn Young's modulus, Poisson's ratio, shear (shear) modulus en ultrasone snelheid. De mechanische sterkte van steenkool wordt gekenmerkt door zijn breekbaarheid, brosheid en hardheid, evenals tijdelijke druksterkte.
Gebruik
Steenkool wordt gebruikt als technologische, energietechnologische en energiegrondstof, bij de productie van cokes en halfcokes in samenhang met de productie van een groot aantal chemische producten daaruit (naftaleen, fenol, pek, enz.), op basis waarvan meststoffen, kunststoffen, synthetische vezels, vernissen, verven enzovoort.
Een van de meest veelbelovende gebieden voor het gebruik van steenkool is liquefactie (hydrogenering van steenkool) om vloeibare brandstof te produceren. Er zijn verschillende regelingen voor het niet-energetische gebruik van steenkool op basis van thermochemische, chemische en andere verwerkingen met het oog op een volledig geïntegreerd gebruik en het waarborgen van milieubescherming.
