Ťažba uhlia
Spôsoby ťažby uhlia závisia od hĺbky jeho výskytu. Vývoj sa uskutočňuje otvorenou metódou v uhoľných baniach, ak hĺbka uhoľného sloja nepresahuje sto metrov. Časté sú aj prípady, keď pri stále sa zväčšujúcom prehlbovaní uhoľnej jamy je ďalej výhodné rozvíjať ložisko uhlia podzemným spôsobom. Bane sa používajú na ťažbu uhlia z veľkých hĺbok. Najhlbšie bane v Ruskej federácii ťažia uhlie z výšky niečo vyše tisícdvesto metrov.
Pri konvenčnej banskej výrobe sa asi 40 % uhlia nevyťaží. Využitie nových metód ťažby - porubu - umožňuje vyťažiť viac uhlia.
Spolu s uhlím uhoľné ložiská obsahujú mnoho druhov geozdrojov, ktoré majú spotrebiteľský význam. Patria sem hostiteľské horniny ako suroviny pre stavebný priemysel, podzemná voda, uhoľný metán, vzácne a stopové prvky vrátane cenných kovov a ich zlúčenín. Napríklad niektoré uhlie sú obohatené o germánium.
v roku 2013 dosiahol vrchol na úrovni 8254,9 milióna ton.
tvorba uhlia
V rôznych časoch a na rôznych miestach v geologickej minulosti Zeme boli v mokraďových nížinách husté lesy. V dôsledku prírodných procesov, ako sú povodne, boli tieto lesy pochované pod zem. Keď sa vrstva pôdy nad nimi zväčšila, tlak sa zvýšil. Teplota tiež stúpala, keď klesala. Za takýchto podmienok bol rastlinný materiál chránený pred biodegradáciou a oxidáciou. Uhlík sekvestrovaný rastlinami v obrovských rašeliniskách bol nakoniec pokrytý a hlboko pochovaný sedimentmi. Pri vysokom tlaku a vysokej teplote sa mŕtva vegetácia postupne mení na uhlie. Keďže drevené uhlie je väčšinou uhlík, premena odumretej vegetácie na drevené uhlie sa nazýva karbonizácia.
Uhlie vzniká, keď sa hnijúci rastlinný materiál hromadí rýchlejšie, ako sa môže bakteriálne rozložiť. Ideálne prostredie na to je vytvorené v močiaroch, kde stojatá voda chudobná na kyslík bráni životnej aktivite baktérií, a tým chráni rastlinnú hmotu pred úplným zničením. V určitom štádiu procesu uvoľnené kyseliny bránia ďalšej bakteriálnej aktivite. To je ako rašelina - východiskový produkt na vznik uhlia. Ak je potom pochovaná pod inými ložiskami, rašelina sa stlačí a stratí vodu a plyny a premení sa na uhlie.
Pod tlakom vrstiev sedimentov hrubých jeden kilometer sa z 20-metrovej vrstvy rašeliny získava vrstva hnedého uhlia hrubá 4 metre. Ak hĺbka zasypania rastlinného materiálu dosiahne tri kilometre, potom sa rovnaká vrstva rašeliny zmení na vrstvu uhlia s hrúbkou 2 metre. Vo väčšej hĺbke, asi šesť kilometrov, a pri vyššej teplote sa z 20-metrovej vrstvy rašeliny stáva vrstva antracitu s hrúbkou 1,5 metra.
Na tvorbu uhlia je potrebná bohatá akumulácia rastlinnej hmoty. V starovekých rašeliniskách sa počnúc devónskym obdobím (asi pred 400 miliónmi rokov) hromadila organická hmota, z ktorej bez prístupu kyslíka vznikali fosílne uhlie. Väčšina komerčných ložísk fosílneho uhlia pochádza z tohto obdobia, hoci existujú aj mladšie ložiská. Vek najstaršieho uhlia sa odhaduje na 300-400 miliónov rokov.
Tvorba veľkých objemov uhlia sa s najväčšou pravdepodobnosťou zastavila po objavení sa húb, pretože biela hniloba húb úplne rozkladá lignín.
Široké, plytké moria karbónu poskytovali ideálne podmienky na tvorbu uhlia, hoci uhlie sú známe z väčšiny geologických období.Výnimkou je uhoľná medzera počas permsko-triasového vymierania, kde je uhlie zriedkavé. Predpokladá sa, že uhlie nachádzajúce sa v prekambrických vrstvách, ktoré predchádzajú suchozemským rastlinám, pochádza zo zvyškov rias.
V dôsledku pohybu zemskej kôry sa uhoľné sloje dvíhali a prehýbali. Postupom času boli vyzdvihnuté časti zničené v dôsledku erózie alebo samovznietenia, kým znížené sa zachovali v širokých plytkých panvách, kde je uhlie najmenej 900 metrov nad zemským povrchom. Vznik najhrubších uhoľných slojov súvisí s oblasťami zemského povrchu, na ktorých oblasti dochádzalo k odtokom významných objemov bitúmenových hmôt, ako napríklad v Hat Creek (anglicky) Russian. (Kanada), celková hrúbka balíka uhoľných slojov dosahuje 450 m.
Vplyv na životné prostredie a zdravie baníkov
Fosílne uhlie obsahuje škodlivé ťažké kovy, ako je ortuť a kadmium (koncentrácia od 0,0001 do 0,01 % hmotnosti)[zdroj neuvedený 2077 dní].
Pri podzemnej ťažbe uhlia môže obsah prachu vo vzduchu stonásobne prekročiť MPC. V pracovných podmienkach v baniach je nepretržité nosenie respirátorov prakticky nemožné (pri každom silnom znečistení vyžadujú rýchlu výmenu na čistenie nových respirátorových masiek, neumožňujú komunikáciu a pod.), čo neumožňuje ich používanie ako prostriedok spoľahlivej prevencie nezvratných a nevyliečiteľných chorôb z povolania - silikózy, pneumokoniózy (a pod.). Preto sa na spoľahlivú ochranu zdravia baníkov a pracovníkov podnikov na spracovanie uhlia v Spojených štátoch používajú účinnejšie prostriedky kolektívnej ochrany.
Klasifikácia, typy
Uhlie sa delí na lesklé, pololesklé, polomatné, matné. Lesklé druhy uhlia sú spravidla nízkopopolnaté kvôli nízkemu obsahu minerálnych nečistôt.
Medzi štruktúrami organickej hmoty uhlia sa rozlišujú 4 typy (telinit, posttelinit, prekolinit a colinit), ktoré sú postupnými štádiami jedného procesu rozkladu lignínov - celulózových tkanív. Ku genetickým skupinám uhlia sa okrem týchto štyroch typov zaraďuje aj leuptinitové uhlie. Každá z piatich genetických skupín podľa typu substancie uhoľných mikrozložiek je rozdelená do zodpovedajúcich tried.
Existuje mnoho druhov klasifikácií uhlia: podľa materiálového zloženia, petrografického zloženia, genetického, chemicko-technologického, priemyselného a zmiešaného. Genetické klasifikácie charakterizujú podmienky akumulácie uhlia, reálne a petrografické - jeho materiálové a petrografické zloženie, chemicko-technologické - chemické zloženie uhlia, procesy vzniku a priemyselného spracovania, priemyselno - technologické zoskupenie druhov uhlia v závislosti od požiadaviek priemyslu. Na charakterizáciu uhoľných ložísk sa používajú klasifikácie uhlia vo slojoch.
Priemyselná klasifikácia uhlia
Priemyselná klasifikácia čierneho uhlia v jednotlivých krajinách je založená na rôznych parametroch vlastností a zloženia uhlia: v USA sa čierne uhlie klasifikuje podľa spaľovacieho tepla, obsahu pevného uhlíka a relatívneho obsahu prchavých látok, uhlia sa zaraďuje do jednotlivých krajín. v Japonsku - podľa spaľovacieho tepla, takzvaných palivových koeficientov a sily koksu, alebo neschopnosti koksovať. V ZSSR fungovala ako hlavná priemyselná klasifikácia takzvaná donecká klasifikácia, ktorú v roku vypracoval V.S. Krym. Niekedy sa mu hovorí „značkové“ a zároveň je to genetické, keďže zmeny vlastností uhlia, ktoré sú jeho základom, odrážajú ich súvislosť s genetickým vývojom organickej hmoty uhlia.
vklady
| Krajina | Uhlie | Hnedé uhlie | Celkom | % |
|---|---|---|---|---|
| USA | 111 338 | 135 305 | 246 643 | 27,1 |
| Rusko | 49 088 | 107 922 | 157 010 | 17,3 |
| Čína | 62 200 | 52 300 | 114 500 | 12,6 |
| India | 90 085 | 2360 | 92 445 | 10,2 |
| Austrália | 38 600 | 39 900 | 78 500 | 8,6 |
| južná Afrika | 48 750 | 48 750 | 5,4 | |
| Ukrajina | 16 274 | 17 879 | 34 153 | 3,8 |
| Kazachstan | 28 151 | 3128 | 31 279 | 3,4 |
| Poľsko | 14 000 | 14 000 | 1,5 | |
| Brazília | 10 113 | 10 113 | 1,1 | |
| Nemecko | 183 | 6556 | 6739 | 0,7 |
| Kolumbia | 6230 | 381 | 6611 | 0,7 |
| Kanada | 3471 | 3107 | 6578 | 0,7 |
| český | 2094 | 3458 | 5552 | 0,6 |
| Indonézia | 740 | 4228 | 4968 | 0,5 |
| Turecko | 278 | 3908 | 4186 | 0,5 |
| Madagaskar | 198 | 3159 | 3357 | 0,4 |
| Pakistan | 3050 | 3050 | 0,3 | |
| Bulharsko | 4 | 2183 | 2187 | 0,2 |
| Thajsko | 1354 | 1354 | 0,1 | |
| Severná Kórea | 300 | 300 | 600 | 0,1 |
| Nový Zéland | 33 | 538 | 571 | 0,1 |
| Španielsko | 200 | 330 | 530 | 0,1 |
| Zimbabwe | 502 | 502 | 0,1 | |
| Rumunsko | 22 | 472 | 494 | 0,1 |
| Venezuela | 479 | 479 | 0,1 | |
| Celkom | 478 771 | 430 293 | 909 064 | 100,0 |
Čierne uhlie je sústredené v Doneckej uhoľnej panve a v Ľvovsko-volynskej uhoľnej panve (Ukrajina); Karaganda (Kazachstan); Južný Jakutsk, Minusinsk, Bureinsky, Tunguska, Lensky, Taymyrsky (Rusko); Appalachian, Pennsylvanian (Severná Amerika), Dolné Porýnie-Vestfálsko (Porúrie - Nemecko); Hornosliezska, Ostravsko-Karvinska (Česká republika a Poľsko); Povodie Shanxi (Čína), povodie Južného Walesu (Veľká Británia).
Medzi najväčšie uhoľné panvy, ktorých priemyselný rozvoj sa začal v 18. – 19. storočí, patrí Stredné Anglicko, Južný Wales, Škótsko a Newcastle (Veľká Británia); Vestfálska (Porúrie) a Saarbrückenská panva (Nemecko); ložiská Belgicka a severného Francúzska; povodia Saint-Etienne (Francúzsko); Sliezsko (Poľsko); Donecká panva (Ukrajina).
Vzdelávanie
Uhlie vzniká z produktov rozkladu organických zvyškov rastlín, ktoré prešli zmenami (metamorfózami) v podmienkach vysokého tlaku okolitých hornín zemskej kôry a relatívne vysokých teplôt.
Keď sa uhoľná vrstva ponorí do hĺbky v podmienkach zvyšujúceho sa tlaku a teploty, dochádza k konzistentnej premene organickej hmoty, k zmene jej chemického zloženia, fyzikálnych vlastností a molekulárnej štruktúry. Všetky tieto premeny sa označujú ako „regionálna metamorfóza uhlia“. V konečnom (najvyššom) štádiu metamorfózy sa uhlie mení na antracit s výraznou kryštálovou štruktúrou grafitu. Okrem regionálnej metamorfózy niekedy (menej často) dochádza k premenám pod vplyvom tepla z vyvrelých hornín nachádzajúcich sa vedľa uhoľných vrstiev (nad nimi ležiacich alebo pod nimi) - tepelná metamorfóza, ako aj priamo v uhoľných slojoch - kontaktná metamorfóza. Zvýšenie stupňa metamorfózy v organickej hmote uhlia je sprevádzané stálym zvýšením relatívneho obsahu uhlíka a znížením obsahu kyslíka a vodíka. Neustále klesá výdatnosť prchavých látok (od 50 do 8 % v prepočte na suchý bezpopolový stav), mení sa aj spalné teplo, schopnosť spekania a fyzikálne vlastnosti uhlia. Lineárne sa mení najmä lesk, odrazivosť, objemová hmotnosť uhlia a ďalšie vlastnosti. Ostatné dôležité fyzikálne vlastnosti (pórovitosť, hustota, spekavosť, spalné teplo, elastické vlastnosti atď.) sa menia podľa vyslovených parabolických alebo zmiešaných zákonov.
Ako optické kritérium pre štádium metamorfózy uhlia sa používa index odrazivosti; používa sa aj v ropnej geológii na stanovenie štádia katagénnych premien sedimentárnych vrstiev. Odrazivosť v olejovej imerzii (R0) sa neustále zvyšuje z 0,5 – 0,65 % pre uhlie triedy D na 2 – 2,5 % pre uhlie triedy T.
Hustota a pórovitosť uhlia závisí od petrografického zloženia, množstva a charakteru minerálnych nečistôt a stupňa metamorfózy. Komponenty fusinitovej skupiny sa vyznačujú najvyššou hustotou (1300–1500 kg/m³) a najnižšou (1280–1300 kg/m³) vitrinitovou skupinou. Zmena hustoty so zvýšením stupňa metamorfózy nastáva v parabolickom zákone s inverziou v zóne prechodu do mastnej skupiny; pri nízkopopolnatých prejavoch klesá z uhlia triedy D na triedu Zh v priemere z 1370 na 1280 kg/m³ a potom sa postupne zvyšuje pri triede uhlia T až na 1340 kg/m³.
Celková pórovitosť uhlia sa tiež mení podľa extrémnych zákonitostí; pre donecké uhlie triedy D je to 14 – 22 %, uhlie triedy K 4 – 8 % a zvyšuje sa (pravdepodobne v dôsledku kyprenia) až na 10 – 15 % pre uhlie triedy T.Póry v uhlí sa delia na makropóry (priemerný priemer 500×10–10 m) a mikropóry (5–15×10–10 m). Medzeru zaberajú mezopóry. Pórovitosť klesá so zvyšujúcim sa štádiom metamorfózy. Endogénne (vzniknuté pri vzniku uhlia) štiepenie, ktoré sa odhaduje podľa počtu trhlín na každých 5 cm lesklého uhlia, závisí od štádia metamorfózy uhlia: pri prechode hnedého uhlia do dlhoplamenného sa zvyšuje na 12 trhlín. uhlia a má maximálne 35–60 pre koksovateľné uhlie a postupne klesá na 12–15 trhlín pri prechode na antracit. Rovnakým vzorom zmien elastických vlastností uhlia sú podriadené Youngov modul, Poissonov pomer, šmykový (šmykový) modul a rýchlosť ultrazvuku. Mechanická pevnosť čierneho uhlia sa vyznačuje jeho drvivosťou, krehkosťou a tvrdosťou, ako aj dočasnou pevnosťou v tlaku.
Použitie
Čierne uhlie sa používa ako technologická, energeticko-technologická a energetická surovina, pri výrobe koksu a polokoksu v súvislosti s výrobou veľkého množstva chemických produktov z nich (naftalén, fenol, smola a pod.), na základe čoho hnojivá, plasty, syntetické vlákna, laky, farby a pod.
Jednou z najperspektívnejších oblastí využitia uhlia je skvapalňovanie (hydrogenácia uhlia) na výrobu kvapalného paliva. Existujú rôzne schémy na neenergetické využitie čierneho uhlia na báze termochemického, chemického a iného spracovania s cieľom ich plného integrovaného využitia a zabezpečenia ochrany životného prostredia.
