วิธีการทำเหมืองถ่านหินสีน้ำตาล

การทำเหมืองถ่านหิน

วิธีการขุดถ่านหินขึ้นอยู่กับความลึกของการเกิดขึ้น การพัฒนาจะดำเนินการในลักษณะเปิดในเหมืองถ่านหินหากความลึกของตะเข็บถ่านหินไม่เกินหนึ่งร้อยเมตร นอกจากนี้ยังมีกรณีที่พบได้บ่อยเมื่อหลุมถ่านหินมีความลึกมากขึ้นเรื่อยๆ จะเป็นประโยชน์ต่อการพัฒนาแหล่งถ่านหินโดยวิธีใต้ดิน เหมืองใช้สกัดถ่านหินจากที่ลึกมาก เหมืองที่ลึกที่สุดในสหพันธรัฐรัสเซียสกัดถ่านหินจากระดับมากกว่าหนึ่งพันสองร้อยเมตร
ในการผลิตเหมืองทั่วไป ถ่านหินไม่ได้ถูกสกัดออกมาประมาณ 40% การใช้วิธีการขุดแบบใหม่ - ลองวอลล์ - ช่วยให้คุณสามารถสกัดถ่านหินได้มากขึ้น

นอกจากถ่านหินแล้ว แหล่งถ่านหินยังมีทรัพยากรธรณีหลายประเภทที่มีความสำคัญต่อผู้บริโภค ซึ่งรวมถึงหินที่เป็นแหล่งกำเนิดเป็นวัตถุดิบสำหรับอุตสาหกรรมการก่อสร้าง น้ำบาดาล มีเทนจากถ่านหิน ธาตุหายากและธาตุอื่นๆ รวมถึงโลหะมีค่าและสารประกอบของพวกมัน ตัวอย่างเช่น ถ่านหินบางชนิดอุดมไปด้วยเจอร์เมเนียม

สูงสุดที่ 8254.9 ล้านตันในปี 2556

การก่อตัวของถ่านหิน

ในช่วงเวลาที่ต่างกันและในสถานที่ต่างๆ ในอดีตทางธรณีวิทยาของโลก มีป่าทึบเกิดขึ้นในที่ราบลุ่มพื้นที่ชุ่มน้ำ เนื่องจากกระบวนการทางธรรมชาติ เช่น น้ำท่วม ป่าไม้เหล่านี้จึงถูกฝังอยู่ใต้ดิน เมื่อชั้นดินเหนือพวกมันเพิ่มขึ้น ความดันก็เพิ่มขึ้น อุณหภูมิก็สูงขึ้นเมื่อมันลดลงเช่นกัน ภายใต้สภาวะดังกล่าว วัสดุจากพืชได้รับการปกป้องจากการย่อยสลายทางชีวภาพและการเกิดออกซิเดชัน คาร์บอนที่กักเก็บโดยพืชในพื้นที่พรุขนาดใหญ่ถูกปกคลุมและฝังลึกด้วยตะกอนในที่สุด ภายใต้ความกดอากาศสูงและอุณหภูมิสูง พืชที่ตายแล้วจะค่อยๆ เปลี่ยนเป็นถ่านหิน เนื่องจากถ่านกัมมันต์ส่วนใหญ่เป็นคาร์บอน การเปลี่ยนพืชที่ตายแล้วเป็นถ่านจึงเรียกว่าคาร์บอนไดออกไซด์

ถ่านหินเกิดขึ้นเมื่อวัสดุพืชที่เน่าเปื่อยสะสมเร็วกว่าที่สามารถย่อยสลายได้ด้วยแบคทีเรีย สภาพแวดล้อมที่เหมาะสำหรับสิ่งนี้ถูกสร้างขึ้นในหนองน้ำ ซึ่งน้ำนิ่ง ออกซิเจนไม่ดี ป้องกันกิจกรรมสำคัญของแบคทีเรีย และด้วยเหตุนี้จึงปกป้องมวลพืชจากการถูกทำลายอย่างสมบูรณ์ ในบางขั้นตอนของกระบวนการ กรดที่ปล่อยออกมาจะป้องกันกิจกรรมของแบคทีเรียเพิ่มเติม นี่คือวิธี พีท - ผลิตภัณฑ์เริ่มต้นสำหรับการก่อตัวของถ่านหิน ถ้ามันถูกฝังอยู่ใต้ตะกอนอื่น ๆ พีทก็จะถูกบีบอัดและสูญเสียน้ำและก๊าซจะกลายเป็นถ่านหิน

ภายใต้แรงกดดันของชั้นตะกอนหนาหนึ่งกิโลเมตร ถ่านหินสีน้ำตาลที่มีความหนา 4 เมตรจะได้มาจากชั้นพีท 20 เมตร หากความลึกของการฝังวัสดุจากพืชถึงสามกิโลเมตรพีทชั้นเดียวกันจะกลายเป็นชั้นถ่านหินหนา 2 เมตร ที่ระดับความลึกมากกว่า ประมาณหกกิโลเมตร และที่อุณหภูมิสูงขึ้น ชั้นพีท 20 เมตรจะกลายเป็นชั้นของแอนทราไซต์ที่มีความหนา 1.5 เมตร

สำหรับการก่อตัวของถ่านหินจำเป็นต้องมีการสะสมมวลพืชเป็นจำนวนมาก ในบึงพรุโบราณซึ่งเริ่มตั้งแต่ยุคดีโวเนียน (ประมาณ 400 ล้านปีก่อน) มีการสะสมอินทรียวัตถุซึ่งเกิดถ่านหินฟอสซิลขึ้นโดยไม่สามารถเข้าถึงออกซิเจน ถ่านหินที่เป็นซากดึกดำบรรพ์เชิงพาณิชย์ส่วนใหญ่มีขึ้นในช่วงเวลานี้ แม้ว่าจะมีเงินฝากที่มีอายุน้อยกว่าก็ตาม อายุของถ่านหินที่เก่าแก่ที่สุดคือประมาณ 300-400 ล้านปี

การก่อตัวของถ่านหินปริมาณมากมักจะหยุดลงหลังจากการปรากฏตัวของเชื้อราเนื่องจากเชื้อราขาวเน่าสลายลิกนินอย่างสมบูรณ์

ทะเลที่กว้างและตื้นของ Carboniferous ทำให้เกิดสภาวะในอุดมคติสำหรับการก่อตัวของถ่านหิน แม้ว่าถ่านหินจะเป็นที่รู้จักตั้งแต่ช่วงทางธรณีวิทยาส่วนใหญ่ข้อยกเว้นคือช่องว่างถ่านหินระหว่างเหตุการณ์การสูญพันธุ์ Permian-Triassic ซึ่งถ่านหินหายาก ถ่านหินที่พบในชั้นพรีแคมเบรียนซึ่งเกิดขึ้นก่อนพืชบกนั้น เชื่อกันว่ามีต้นกำเนิดมาจากซากของสาหร่าย

อันเป็นผลมาจากการเคลื่อนที่ของเปลือกโลก ตะเข็บถ่านหินมีการยกตัวและพับขึ้น เมื่อเวลาผ่านไป ชิ้นส่วนที่ยกขึ้นจะถูกทำลายเนื่องจากการกัดเซาะหรือการเผาไหม้ที่เกิดขึ้นเอง ในขณะที่ส่วนที่อยู่ต่ำกว่าจะได้รับการเก็บรักษาไว้ในแอ่งน้ำตื้นกว้าง ซึ่งถ่านหินอยู่ห่างจากพื้นผิวโลกอย่างน้อย 900 เมตร การก่อตัวของตะเข็บถ่านหินที่หนาที่สุดนั้นสัมพันธ์กับพื้นที่ของพื้นผิวโลกบนพื้นที่ที่มีการไหลออกของมวลบิทูมินัสในปริมาณมากเช่นใน Hat Creek (อังกฤษ) รัสเซีย (แคนาดา) ความหนารวมของบรรจุภัณฑ์ของตะเข็บถ่านหินถึง 450 ม.

ผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมและสุขภาพของคนงานเหมือง

ถ่านหินฟอสซิลประกอบด้วยโลหะหนักที่เป็นอันตราย เช่น ปรอทและแคดเมียม (ความเข้มข้นตั้งแต่ 0.0001 ถึง 0.01% โดยน้ำหนัก)[ไม่ได้ระบุแหล่งที่มา 2077 วัน].

ในระหว่างการทำเหมืองถ่านหินใต้ดิน ปริมาณฝุ่นในอากาศอาจเกิน MPC หลายร้อยเท่า ภายใต้สภาพการทำงานที่มีอยู่ในเหมือง การสวมใส่เครื่องช่วยหายใจอย่างต่อเนื่องเป็นไปไม่ได้ในทางปฏิบัติ (ด้วยมลภาวะรุนแรงแต่ละครั้ง พวกเขาต้องการการเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วเพื่อทำความสะอาดหน้ากากช่วยหายใจใหม่ ไม่อนุญาตให้มีการสื่อสาร ฯลฯ) ซึ่งไม่อนุญาตให้ใช้ เป็นวิธีการป้องกันโรคจากการทำงานที่ไม่สามารถรักษาได้และไม่สามารถรักษาได้ที่เชื่อถือได้ - ซิลิโคซิส, โรคปอดบวม (เป็นต้น) ดังนั้นเพื่อปกป้องสุขภาพของคนงานเหมืองและคนงานในสถานประกอบการแปรรูปถ่านหินในสหรัฐอเมริกาได้อย่างน่าเชื่อถือจึงใช้วิธีป้องกันโดยรวมที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น

การจำแนกประเภท

ถ่านหินแบ่งออกเป็นแบบเงากึ่งเงากึ่งด้านกึ่งด้าน ตามกฎแล้วถ่านหินที่เป็นประกายจะมีเถ้าต่ำเนื่องจากมีแร่ธาตุเจือปนเล็กน้อย

ในบรรดาโครงสร้างของอินทรียวัตถุของถ่านหินนั้นมีความโดดเด่น 4 ประเภท (telinite, posttelinite, precolinite และ colinite) ซึ่งเป็นขั้นตอนต่อเนื่องของกระบวนการเดียวของการสลายตัวของลิกนิน - เนื้อเยื่อเซลลูโลส สำหรับกลุ่มพันธุกรรมของถ่านหินแข็ง นอกเหนือจากสี่ประเภทนี้แล้ว ยังรวมถ่านหินลิปทิไนต์ด้วย แต่ละกลุ่มพันธุกรรมทั้ง 5 กลุ่มตามชนิดของสารขององค์ประกอบไมโครถ่านหินแบ่งออกเป็นประเภทที่เกี่ยวข้องกัน

การจำแนกประเภทถ่านหินมีหลายประเภท: ตามองค์ประกอบของวัสดุ องค์ประกอบทางปิโตรกราฟิก พันธุกรรม เทคโนโลยีเคมี อุตสาหกรรม และแบบผสม การจำแนกประเภททางพันธุกรรมกำหนดลักษณะเงื่อนไขของการสะสมถ่านหิน, ของจริงและปิโตรกราฟิก - วัสดุและองค์ประกอบปิโตรกราฟิก, เคมี - เทคโนโลยี - องค์ประกอบทางเคมีของถ่านหิน, กระบวนการของการก่อตัวและการแปรรูปทางอุตสาหกรรม, การจัดกลุ่มอุตสาหกรรม - เทคโนโลยีของประเภทถ่านหินขึ้นอยู่กับความต้องการของ อุตสาหกรรม. การจำแนกประเภทของถ่านหินในตะเข็บใช้เพื่อกำหนดลักษณะการสะสมของถ่านหิน

การจำแนกประเภทอุตสาหกรรมของถ่านหิน

การจำแนกประเภทอุตสาหกรรมของถ่านหินแข็งในแต่ละประเทศขึ้นอยู่กับพารามิเตอร์ต่างๆ ของคุณสมบัติและองค์ประกอบของถ่านหิน: ในสหรัฐอเมริกา ถ่านหินแข็งจัดตามความร้อนของการเผาไหม้ ปริมาณคาร์บอนคงที่ และเนื้อหาสัมพัทธ์ของสารระเหย ในญี่ปุ่น - ตามความร้อนของการเผาไหม้ค่าสัมประสิทธิ์เชื้อเพลิงที่เรียกว่าและความแข็งแรงของโค้กหรือการไม่สามารถโค้กได้ ในสหภาพโซเวียตการจำแนกประเภทที่เรียกว่าโดเนตสค์ที่พัฒนาขึ้นในปีโดย V.S. Krym ทำหน้าที่เป็นการจำแนกประเภทอุตสาหกรรมหลัก บางครั้งเรียกว่า "ตราสินค้า" และในขณะเดียวกันก็เป็นกรรมพันธุ์เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติของถ่านหินที่ใช้เป็นพื้นฐานสะท้อนให้เห็นถึงความเชื่อมโยงกับการพัฒนาทางพันธุกรรมของสารอินทรีย์ของถ่านหิน

เงินฝาก

ปริมาณสำรองถ่านหินที่พิสูจน์แล้วสำหรับปี หน่วยเป็นล้านตัน

ประเทศ	ถ่านหิน	ถ่านหินสีน้ำตาล	ทั้งหมด	%
สหรัฐอเมริกา	111 338	135 305	246 643	27,1
รัสเซีย	49 088	107 922	157 010	17,3
จีน	62 200	52 300	114 500	12,6
อินเดีย	90 085	2360	92 445	10,2
ออสเตรเลีย	38 600	39 900	78 500	8,6
แอฟริกาใต้	48 750	48 750	5,4
ยูเครน	16 274	17 879	34 153	3,8
คาซัคสถาน	28 151	3128	31 279	3,4
โปแลนด์	14 000	14 000	1,5
บราซิล	10 113	10 113	1,1
เยอรมนี	183	6556	6739	0,7
โคลอมเบีย	6230	381	6611	0,7
แคนาดา	3471	3107	6578	0,7
เช็ก	2094	3458	5552	0,6
อินโดนีเซีย	740	4228	4968	0,5
ไก่งวง	278	3908	4186	0,5
มาดากัสการ์	198	3159	3357	0,4
ปากีสถาน	3050	3050	0,3
บัลแกเรีย	4	2183	2187	0,2
ประเทศไทย	1354	1354	0,1
เกาหลีเหนือ	300	300	600	0,1
นิวซีแลนด์	33	538	571	0,1
สเปน	200	330	530	0,1
ซิมบับเว	502	502	0,1
โรมาเนีย	22	472	494	0,1
เวเนซุเอลา	479	479	0,1
ทั้งหมด	478 771	430 293	909 064	100,0

ถ่านหินแข็งมีความเข้มข้นในอ่างถ่านหินโดเนตสค์และในอ่างถ่านหิน Lvov-Volyn (ยูเครน); Karaganda (คาซัคสถาน); South Yakutsk, Minusinsk, Bureinsky, Tunguska, Lensky, Taymyrsky (รัสเซีย); Appalachian, Pennsylvanian (อเมริกาเหนือ), Lower Rhine-Westphalian (Ruhr - เยอรมนี); Upper Silesian, Ostrava-Karvinsky (สาธารณรัฐเช็กและโปแลนด์); ลุ่มน้ำซานซี (จีน) ลุ่มน้ำเซาท์เวลส์ (บริเตนใหญ่)

ในบรรดาแอ่งถ่านหินที่ใหญ่ที่สุด การพัฒนาอุตสาหกรรมซึ่งเริ่มขึ้นในศตวรรษที่ 18-19, Central England, South Wales, Scotland และ Newcastle (บริเตนใหญ่) ถูกแยกออกจากกัน ลุ่มน้ำ Westphalian (Ruhr) และ Saarbrücken (เยอรมนี); เงินฝากของเบลเยียมและฝรั่งเศสตอนเหนือ แอ่งของแซงต์เอเตียน (ฝรั่งเศส); ซิลีเซีย (โปแลนด์); ลุ่มน้ำโดเนตสค์ (ยูเครน)

การศึกษา

ถ่านหินเกิดขึ้นจากผลิตภัณฑ์ที่เกิดจากการสลายตัวของซากอินทรีย์ของพืชที่ได้รับการเปลี่ยนแปลง (การแปรสภาพ) ภายใต้สภาวะความดันสูงของหินโดยรอบของเปลือกโลกและอุณหภูมิที่ค่อนข้างสูง

เมื่อชั้นที่มีถ่านหินเป็นแบริ่งถูกจุ่มลงในระดับความลึกภายใต้สภาวะของความดันและอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น จะเกิดการเปลี่ยนแปลงของมวลสารอินทรีย์อย่างสม่ำเสมอ การเปลี่ยนแปลงในองค์ประกอบทางเคมี คุณสมบัติทางกายภาพ และโครงสร้างโมเลกุล การเปลี่ยนแปลงทั้งหมดนี้เรียกว่า "การแปรสภาพถ่านหินระดับภูมิภาค" ในขั้นตอนสุดท้าย (สูงสุด) ของการแปรสภาพ ถ่านหินจะกลายเป็นแอนทราไซต์ด้วยโครงสร้างผลึกที่เด่นชัดของกราไฟต์ นอกจากการเปลี่ยนแปลงในระดับภูมิภาคแล้ว บางครั้งการเปลี่ยนแปลง (น้อยกว่า) เกิดขึ้นภายใต้อิทธิพลของความร้อนจากหินอัคนีที่อยู่ถัดจากชั้นหินที่มีถ่านหิน (วางทับหรืออยู่ด้านล่าง) - การเปลี่ยนแปลงด้วยความร้อน เช่นเดียวกับในตะเข็บถ่านหินโดยตรง - การแปรสภาพแบบสัมผัส การเพิ่มขึ้นของระดับการเปลี่ยนแปลงในอินทรียวัตถุของถ่านหินนั้นสืบเนื่องมาจากปริมาณคาร์บอนสัมพัทธ์ที่เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องและปริมาณออกซิเจนและไฮโดรเจนที่ลดลง ผลผลิตของสารระเหยลดลงอย่างต่อเนื่อง (จาก 50 เป็น 8% ในแง่ของสถานะปราศจากเถ้าแห้ง) ความร้อนจากการเผาไหม้ความสามารถในการเผาผนึกและคุณสมบัติทางกายภาพของถ่านหินก็เปลี่ยนไปเช่นกัน โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ความเงา การสะท้อนแสง ความหนาแน่นรวมของถ่านหิน และคุณสมบัติอื่นๆ จะเปลี่ยนแปลงเป็นเส้นตรง คุณสมบัติทางกายภาพที่สำคัญอื่นๆ (ความพรุน ความหนาแน่น การแตกตัว ความร้อนจากการเผาไหม้ คุณสมบัติยืดหยุ่น ฯลฯ) เปลี่ยนแปลงตามกฎพาราโบลาหรือกฎผสมที่เด่นชัด

ดัชนีการสะท้อนแสงถูกใช้เป็นเกณฑ์เชิงแสงสำหรับขั้นตอนการเปลี่ยนแปลงของถ่านหิน มันยังใช้ในธรณีวิทยาปิโตรเลียมเพื่อสร้างขั้นตอนของการเปลี่ยนแปลง catagenic ของชั้นตะกอน การสะท้อนกลับในการแช่น้ำมัน (R0) เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องจาก 0.5–0.65% สำหรับถ่านหินเกรด D เป็น 2–2.5% สำหรับถ่านหินเกรด T

ความหนาแน่นและความพรุนของถ่านหินขึ้นอยู่กับองค์ประกอบทางปิโตรกราฟ ปริมาณและลักษณะของสิ่งเจือปนจากแร่ และระดับของการแปรสภาพ ส่วนประกอบของกลุ่มฟูซิไนต์มีลักษณะเฉพาะโดยความหนาแน่นสูงสุด (1300–1500 กก./ลบ.ม.) และต่ำสุด (1280–1300 กก./ลบ.ม.) โดยกลุ่มไวทริไนต์ การเปลี่ยนแปลงความหนาแน่นด้วยการเพิ่มขึ้นของระดับการเปลี่ยนแปลงเกิดขึ้นในกฎพาราโบลาโดยมีการผกผันในโซนของการเปลี่ยนแปลงไปยังกลุ่มไขมัน ถ่านกัมมันต์จะลดลงจากเกรด D ไปเป็น Zh โดยเฉลี่ยจาก 1370 เป็น 1280 กก./ลบ.ม. แล้วจึงเพิ่มขึ้นตามลำดับสำหรับถ่านหินเกรด T เป็น 1340 กก./ลบ.ม.

ความพรุนโดยรวมของถ่านหินก็แตกต่างกันไปตามกฎหมายที่รุนแรง สำหรับถ่านหินเกรด D ของโดเนตสค์คือ 14–22% ถ่านหินเกรด K 4-8% และเพิ่มขึ้น (อาจเกิดจากการคลายตัว) สูงถึง 10–15% สำหรับถ่านหินเกรด Tรูพรุนในถ่านหินแบ่งออกเป็นรูพรุนขนาดใหญ่ (เส้นผ่านศูนย์กลางเฉลี่ย 500×10–10 ม.) และรูพรุนขนาดเล็ก (5–15×10–10 ม.) ช่องว่างถูกครอบครองโดย mesopores ความพรุนจะลดลงตามระยะการแปรสภาพที่เพิ่มขึ้น การแตกหักภายใน (พัฒนาขึ้นระหว่างการก่อตัวของถ่านหิน) ซึ่งประเมินโดยจำนวนรอยแตกสำหรับถ่านหินมันวาวทุก ๆ 5 ซม. ขึ้นอยู่กับระยะของการแปรสภาพของถ่านหิน: จะเพิ่มขึ้นเป็น 12 รอยแตกระหว่างการเปลี่ยนถ่านหินสีน้ำตาลเป็นเปลวไฟยาว ถ่านหินและมีค่าสูงสุด 35–60 สำหรับถ่านโค้ก และลดรอยแตกต่อเนื่องเป็น 12–15 ครั้งในช่วงเปลี่ยนผ่านเป็นแอนทราไซต์ ภายใต้รูปแบบเดียวกันของการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติความยืดหยุ่นของถ่านหินคือโมดูลัสของ Young, อัตราส่วนของปัวซอง, โมดูลัสเฉือน (เฉือน) และความเร็วของอัลตราซาวนด์ ความแข็งแรงทางกลของถ่านหินแข็งมีลักษณะเฉพาะคือความสามารถในการบด ความเปราะบาง และความแข็ง ตลอดจนกำลังรับแรงอัดชั่วคราว

การใช้งาน

ถ่านหินแข็งใช้เป็นวัตถุดิบทางเทคโนโลยี เทคโนโลยีพลังงาน และพลังงาน ในการผลิตโค้กและกึ่งโค้กที่เกี่ยวข้องกับการผลิตผลิตภัณฑ์เคมีจำนวนมาก (แนฟทาลีน ฟีนอล พิทช์ ฯลฯ) บนพื้นฐานของปุ๋ย, พลาสติก, เส้นใยสังเคราะห์, เคลือบเงา, สีและอื่น ๆ

หนึ่งในพื้นที่ที่มีแนวโน้มมากที่สุดสำหรับการใช้ถ่านหินคือการทำให้เป็นของเหลว (การเติมไฮโดรเจนของถ่านหิน) เพื่อผลิตเชื้อเพลิงเหลว มีแผนการต่างๆ มากมายสำหรับการใช้ถ่านหินแข็งแบบไม่ใช้พลังงานโดยอิงจากกระบวนการทางความร้อนเคมี เคมี และการแปรรูปอื่นๆ โดยมีวัตถุประสงค์เพื่อการใช้งานแบบบูรณาการอย่างเต็มรูปแบบและรับประกันการปกป้องสิ่งแวดล้อม