Откуда берется уголь: Откуда берётся… уголь? / Научный хит

Содержание

Откуда берётся... уголь? / Научный хит

Вопрос этот поначалу может показаться наивным. Каждый прилежный школьник скажет не задумываясь: уголь — вещество растительного происхождения, «продукт преобразования высших и низших растений» (Советский энциклопедический словарь всех изданий). Ни в одном учебнике, ни в одной популярной книжке эта истина не подвергается сомнению.
В школе нас твердо убеждали в цепочке: «растения — торф — бурый уголь — каменный уголь — антрацит»…
Что ж, давайте рассмотрим хрестоматийную теорию углеобразования попристальнее. Итак, в некоем застойном водоеме гниет органическое вещество. Постепенно из растительной массы образуется торф. Погружаясь все глубже, покрываясь наносами, он уплотняется и в результате сложных химических процессов, насыщаясь углеродом, превращается в уголь.
На малую нагрузку наносов торф практически не реагирует, но под мощным давлением, обезвоживаясь и уплотняясь, его объем может уменьшаться многократно — что-то подобное происходит при прессовании торфяных брикетов.Ничего нового, точно так везде и пишут. Однако теперь обратим внимание на следующее обстоятельство. Торфяная залежь окружена осадочными породами, испытывающими те же вертикальные нагрузки, что и торф. Только степень их уплотнения не идет ни в какое сравнение со степенью уплотнения торфа: пески почти не сокращаются в объеме, а глины могут терять всего лишь до 20—30 % исходного объема или немногим более. Поэтому ясно, что кровля над торфяной залежью по мере ее уплотнения и превращения в уголь будет прогибаться и над пластом «новоиспеченного» угля образуется провальная сундучная складка.
Размеры таких складок должны быть весьма солидны: если из метрового пласта торфа получается десятисантиметровый пласт угля, то амплитуда прогиба складки составит около 90 см. Столь же простые расчеты показывают: для угольных пластов и слоев любой мощности и состава размеры ожидаемых складок столь велики, что не заметить их было бы невозможно — амплитуда провала всегда будет превышать мощность самого пласта. Однако вот незадача: нм не приходилось ни видеть таких складок, ни читать о них в какой-либо научной публикации, как отечественной, так и зарубежной. Кровля над углями везде лежит спокойно.
Это означает только одно: материнское вещество углей либо совсем не сокращалось в объеме, либо сокращалось столь же незначительно, как и окружающие его породы. А следовательно, это вещество никак не могло быть торфом. Кстати, к точно такому же выводу приводит и обратный ход анализа. Если с помощью карандаша и бумаги попытаться восстановить исходную позицию разрезов на момент, когда торф еще не превратился в уголь, можно убедиться: такая задача не имеет решения, разрез построить невозможно. Любой может убедиться: одновозрастные пласты придется разорвать и поместить на разных высотах —при этом пластов не хватит, появятся несуразные изгибы и пустоты, которых на самом деле не бывает и быть не может.Никакое, даже очень резонное единичное замечание или исследование не в силах отменить устоявшихся научных взглядов, особенно если им не одна сотня лет. Поэтому, поговорим еще немножко про усадку торфа. Подсчитано, что при образовании бурого угля коэффициент этой усадки составляет в среднем 5—10, иногда 20, а при образовании каменных углей и антрацитов — и того больше. Поскольку на торф действует вертикальная нагрузка, пласт как бы сплющивается. Мы уже сказали, что из метрового пласта торфа может получиться пласт бурого угля мощностью в один дециметр. Так что же получается: уникальный угольный пласт Хэт-Крик в Канаде, мощностью около 450 м, породил торфяной пласт толщиной 2 — 4 км? Конечно, никому не возбраняется предположить, что в древнейшие времена, когда многое на Земле, как считают, было «больше», торфяники могли достигать таких циклопических размеров, однако решительно никаких данных в пользу этого нет. Мощность торфяных слоев на практике измеряется метрами, но никогда — десятками, не говоря уже о сотнях. Академик Д. В. Наливкин называл этот парадокс загадочным.
Самое большое количество ископаемых углей образовалось в конце палеозойской эры, в так называемый пермский период 235 — 285 миллионов лет назад. Для тех, кто верит учебникам, это странно, и вот почему. В роскошных чехословацких подарочных альбомах Аугусты и Буриана можно видеть красочные картинки, изображающие густые, непроходимые хвощево-папоротниковые леса, покрывавшие нашу планету в предшествовавшую пермской карбоновую эпоху. Даже термин есть: «каменноугольный лес». Однако до сих пор никто толком не ответил на вопрос, почему этот лес, несмотря на свое название, не дал такого количества углей, как засушливая и растительно бедная пермь.
Попытаемся развеять одно удивление другим. В тот же наиболее щедрый на угли пермский период в тех же угольных регионах зародились залежи каменных и калийных солей. Там, где много соли, ничего не растет или растет с большим трудом (вспомните солончаки — разновидность пустыни). Поэтому уголь и соль принято считать антиподами, антагонистами. Там, где уголь, соли делать нечего, ее там никогда не ищут — но… то и дело находят! Многие крупные угольные месторождения — в Донбассе, Днепровском бассейне, в восточной Германии — буквально сидят на соляных куполах. В пермское время (и этого никто не оспаривает) произошло самое мощное в геологической истории Земли накопление каменных солей. Принята такая схема: иссушающий зной, испаряется вода лагун и заливов, и соли осаждаются из рассолов, подобно тому, как это происходит на Кара-Богаз-Голе. Где уж тут взяться ботанической пышности. А угли тем не менее взялись!
До сих пор неясно, каким образом и при каких условиях торф может превратиться в уголь. Обычно говорят, что торф, медленно погружаясь в глубь Земли, последовательно попадает в области возрастающих температур и давлений, где и преобразуется в уголь: при относительно низких температурах — в бурый, при более высоких — в каменный и антрациты. Однако эксперименты в автоклавах были безуспешны: торф нагревали до: всевозможных температур, создавали разные давления, выдерживали при этих условиях сколь угодно долго, но никакого угля, даже бурого, получить не удалось.В связи с этим высказывают разные предположения: диапазон предполагаемых температур для образования бурого угля колеблется-де, при различной длительности процесса, от 20 до 300 °С, а для антрацитов от 190 до 600 °С. Однако известно, что при нагреве торфа и вмещающих его пород до 300 °С и выше он превратился бы в конечном итоге не в уголь, а в совершенно особые породы — роговики, чего в действительности нет, а все ископаемые угли представляют собой смесь веществ, не носящих на себе никаких следов воздействия высоких температур. К тому же по некоторым вполне тривиальным признакам можно с уверенностью утверждать, что угли многих месторождений никогда не находились на больших глубинах. Что же касается продолжительности углеобразовательного процесса, то известно, что угли Подмосковья, одни из древнейших в мире, до сих пор остаются бурыми, а среди многих молодых месторождений встречаются антрациты.
Другой повод для сомнений. Торфяные болота, родоначальники будущих угольных бассейнов, должны бы возникать на обширных равнинах, расположенных вдали от гор, чтобы медленно текущие реки не могли донести сюда обломки горных пород (их называют терригенным материалом). В противном случае торф будет заилен и чистого угля из него уж никак не получится. При этом обязателен и строго стабильный тектонический режим: дно болот должно погружаться достаточно медленно и плавно, чтобы освобождающийся объем успевал заполниться органикой.
Однако изучение угленосных районов показывает, что угольные месторождения сплошь и рядом возникали в межгорных впадинах и предгорных прогибах, вблизи фронта растущих гор, в узких щелевидных долинах — словом, в местах, где терригенный материал накапливается как раз весьма интенсивно, и где торфяники, следовательно, могут быть не только заилены, но и совершенно уничтожены бурными горными потоками. Именно в таких малоподходящих (по теории) условиях встречаются мощные угольные пласты, достигающие 50—80 м.

Как образовался каменный уголь: происхождение каменного угля

Главная > Часто задаваемые вопросы > Добыча каменного угля > Как образовался каменный уголь

Каменный уголь – это порода растительного происхождения. Его образование началось 450 миллионов лет назад. Наиболее интенсивно угольные пласты откладывались в период от 350 до 250 миллионов лет назад. Таким образом, возраст каменного угля может достигать почти полумиллиарда лет.

Исходный материал полезного ископаемого – болотные растения, в меньшей степени – планктон. Они способны синтезировать из углекислого газа органические соединения, используя солнечную энергию. В торфе, а затем в угле накапливается углерод. При сгорании он отдает энергию. Вот почему уголь называют кладовой солнца.

В этой статье мы подробнее расскажем обо всех стадиях и процессах углеобразования. Опишем условия, при которых оно возможно.

Если коротко, то принято выделять две основные стадии образования угля:

  1. Торфообразование
  2. Углефикацию

На этапе торфообразования болотная флора разлагается в среде с ограниченным доступом кислорода. В результате получается гумус, в котором встречаются остатки растений. С течением времени торфяные пласты опускаются вглубь земли. Болота могут пересыхать, затапливаться морем. На них наслаиваются осадочные породы.

Под воздействием температуры и давления торф превращается в бурый уголь. С этого этапа начинается собственно углефикация. Бурые угли переходят в каменные, затем в антрацит и графит. Процесс длится миллионы лет.

Далее мы разберем все этапы подробнее. Но сначала коротко расскажем о том, в каких условиях началось углеобразование и что ему предшествовало.

Когда начался процесс образования угля

Первые признаки жизни на Земле появились еще в Архейскую эру, 2-3 миллиарда лет назад. В Протерозойскую эру морские существа эволюционировали от одноклеточных к многоклеточным организмам, появились водоросли, беспозвоночные и хордовые животные. Останки первых живых существ превратились в карбонатные породы – известняк, доломит, мергели.

Углистые соединения стали появляться в конце Протерозоя и Палеозое. Одним из ярких представителей этого периода является шунгит. Это черный или бурый камень, на 98% состоящий из углерода. Его залежи встречаются в Карелии, Челябинской области, на Камчатке. Небольшое количество находят в Австрии, Индии, Конго.

Первые периоды Палеозойкой эры (кембрий, ордовик) характеризуются бурным развитием водорослей и планктона. Они откладывались на морском дне, образуя сапропель. Это вещество богато продуктами распада липидов и жиров. Вследствие биохимических и физических процессов сапропель превращается в битум — основу горючих сланцев и сапропелитовых углей. В битуме много смол и летучих соединений. Иногда сапропелиты и сланцы еще называют твердой нефтью, так как они являются источниками смол и жидкого топлива.

В силуре (около 450 млн. лет назад) на землю выходят первые растения – псилофиты. Они напоминают водоросли без корней и стеблей. Псилофиты образовали мощные заросли в прибрежной зоне. Это первые растения, из которых образовались настоящие угли. К силурийскому периоду относятся месторождения возле реки Барзас на Кузбассе, на Медвежьем острове в Баренцевом море.

В девоне на земле появились первые споровые растения – грибы, лишайники, чуть позже – мхи, папоротники, плауны, хвощи. Настоящего расцвета они достигли в каменноугольный период (карбон). В это время обширные леса покрывали земную поверхность. Болота достигали площади в тысячи километров. После отмирания растений образовались залежи торфа в несколько десятков метров, которые потом превратились в уголь.

В карбоне возникли самые крупные угольные бассейны мира. К этому периоду относятся Кузнецкий, Подмосковный, Донецкий и Львовско-Волынский (Украина), Карагандинский и Экибастузский (Казахстан), Рурский (Германия), Верхнесилезский (Польша), месторождения в Бельгии, Великобритании, Испании, Франции. В США с карбоном связаны Иллинойский, Техасский, Пенсильванский, Аппалачский бассейны. В Австралии — месторождения в Новом Южном Уэльсе и Боуэне.

После карбона следовала пермь. В этот период климат на земле стал более сухой. Появились предшественники голосемянных – кордаиты. Углеобразование немного затормозилось, но не прекратилось полностью. К этой эпохе относятся такой крупный бассейн как Печорский, частично Кузнецкий, некоторые месторождения в Восточной Азии и Австралии.

Расцвет кордаитов приходится на Мезозойскую эру (юрский и нижнемеловой периоды), когда влажность повысилась и опять появились обширные торфяные болота. В конце мелового периода исчезают крупные папоротники, их пространство занимают покрытосемянные. Деревья в это время достигают гигантских размеров, до 100 м в высоту.

С серединой и концом Мезозоя связаны в основном месторождения бурого угля. Они расположены в Сибири и на Дальнем востоке (Канско-Ачинский, Зырянский, Ленский, Иркутский, Буреинский бассейны, верхние горизонты Кузбасса), в Китае, Австралии, Казахстане, Монголии, США (бассейн Альберта).

В Кайнозойскую эру продолжает меняться климат, сокращается площадь болот. Первое место среди растений занимают покрытосемянные. Процессы углеобразования замедляются и практически прекращаются к концу неогена. Вот почему уголь называют невозобновляемым ресурсом. В наше время трансформация торфа в это полезное ископаемое уже не происходит.

Вернемся к этапам образования угля. Итак, ранее мы уже говорили, что оно состоит из торфообразования и углефикации. Далее поговорим подробно о каждом.

Торфообразование

Первый этап образования угля – накопление торфа. Этот природный материал – продукт разложения растений в среде с ограниченным доступом кислорода.

Для полноценного процесса важны следующие природные условия:

  1. Климат
    Для образования торфа необходим влажный климат. Сейчас этот процесс интенсивно происходит в северных и умеренных широтах. Хотя часть современных торфяников образуется в тропической и экваториальной зоне.
    В средине палеозойской и мезозойской эры на земле был теплый влажный климат. Это способствовало образованию крупных болот с буйной растительностью, которая постепенно превращалась в торф.
  2. Высокое расположение водоносных горизонтов
    Болота образуются в местах, где грунтовые воды подходят близко к поверхности. Уровень их поднимается при большом количестве осадков.
  3. Рельеф
    Полноценное накопление торфа возможно на равнинах, окруженных возвышенностями. В такой ситуации местность защищена от затопления морскими водами. В низинах задерживаются осадки.

Мертвые растения на торфяных болотах частично разлагаются под воздействием кислорода. При этом выделяется вода и углекислый газ. Но большая часть материала подвергается превращению в анаэробной среде под воздействием микроорганизмов. Процесс окисления и разрушения органических веществ происходит медленно. При этом выделяется небольшое количество СО2 и метан (СН). Органика превращается в гумус.

В торфяники может заноситься сапропель из морского дна, озер или самого болота. Под влиянием анаэробов проходит его битумизация. С водой и ветром попадают минеральные вещества, горные породы, вымываются коллоиды и растворимые соединения. Подробнее о торфообразовании вы можете прочитать в статье «Торф». Этот процесс не прекратился, он продолжается до сих пор. В год на современных торфяных болотах накапливается приблизительно 1 мм материала.

Древние торфяники возникали чаще всего у морского побережья, в лагунах и заливах. Реже торф накапливался внутри континентов, возле рек и озер. Периодически территории затапливались морем. Торф смешивался с сапропелем, а затем покрывался осадочными породами. Под давлением воды и грунта его слои спрессовывались и уходили все глубже под землю. Когда море отступало, торфообразование возобновлялось. Так возникали пласты, разделенные прослойками песка, глины, известняка и сланцев.

Разделяют два типа торфообразования:

  1. Автохтонное
    Так называется тип, при котором торф и уголь накапливаются в тех же местах, где произрастала первичная флора.
    Его признаки:
    — Стигмарии – останки корней растений в пластах пустой породы, окружающей залежи угля
    — Обуглившиеся пни
    — Наличие вертикальных стволов деревьев в угольной толще
    — Боковые корни хвощей и папоротников, пронизывающие пласт
    — Известковые почки с сохранившимися останками растений
    — Постоянная мощность пластов на обширных территориях
    — Низкое содержание минеральных солей
  2. Аллохтонное
    Аллохтонный тип образования торфа и угля связан с переносом. Вследствие затопления, землетрясений, изменений рельефа торфяные залежи перемещались на территории, отдаленные от первоначальных болот. В аллохтонных слоях угля встречается больше примесей осадочных пород, крупных валунов, минеральных солей. Структура угля более упорядоченная, слоистая, что связано с воздействием потоков воды во время переноса. Толщина пластов неравномерная, встречаются разрывы, вклинивания и другие нарушения.

Этапы углефикации

Древние торфяные болота существовали миллионы лет. По мере накопления субстрата нижние слои погружались вглубь земли. Время от времени изменялся рельеф. Болота затапливались морем, вследствие природных катаклизмов засыпались обломками горных пород. Со временем процесс возобновлялся, образовывались новые пласты торфа.

Сначала разложение органики происходило под влиянием анаэробных бактерий. По мере продвижения вглубь земли биологические процессы прекращались, начиналась собственно углефикация.

Она состоит из двух основных этапов:

  1. Диагенеза
  2. Метаморфизма

Диагенез

Диагенез включает в себя завершающие этапы торфообразования и переход к бурому углю. В его процессе формируется петрографический состав угля. Растительные элементы окончательно теряют свою структуру и превращаются в коллоид, по структуре напоминающий гель. Такой процесс называется гелификацией. Под влиянием температуры и давления он затвердевает. В будущем субстанция превращается в витринит.

При частичном доступе кислорода разложение растительных останков проходит по типу фюзенизации. Лигнин и целлюлоза частично сохраняют свою структуру. Строение фюзена волокнистое, клеточные оболочки и пространство между нитями целлюлозы часто заполнены минералами.

Под давлением торф уплотняется, теряет воду. В конечном итоге из 1 м материала образуется 10-20 см угля. Разложение идет и на молекулярном уровне. Сначала распадаются гидролизные связи, кислородсодержащие соединения. Процесс охватывает в основном периферическую часть крупных органических молекул. Они распадаются на более мелкие. При этом выделяется метан, углекислый газ, в незначительных количествах летучий азот.

Метаморфизм

Когда полностью завершается гумификация торфа, коллоиды превращаются в твердую субстанцию, начинается процесс углефикации, или метаморфизма угля.

Он состоит из нескольких стадий:

  1. Бурого угля
    На стадии бурого угля крупные молекулы продолжают распадаться. Из пласта выделяются летучие кислородсодержащие соединения. Материал состоит из разрозненного конгломерата органических и неорганических веществ. Количество углерода в нем едва превышает 80%, остается много водорода. Уголь хрупкий, легко распадается, молекулярные связи в нем слабые. Цвет материала темно-коричневый, блеск матовый.  Стадию еще называют дополимерной.
  2. От бурого к жирному углю
    При переходе от бурого угля к жирному порода уплотняется, продолжают выделяться летучие вещества. Концентрация углерода возрастает, а кислорода и водорода – падает. Значительно изменяются периферические части молекул, начинают формироваться полимерные связи.
  3. От жирного к полуантрацитам
    На третьем этапе в центре молекул образуются ароматические циклические соединения. Концентрация углерода увеличивается медленнее. На стадии тощих углей резко падает количество азота. Снижается скорость выхода летучих веществ. Плотность угля возрастает.
  4. От полуантрацитов к антрацитам
    Четвертая стадия характеризуется окончательным формированием полимерной структуры. В некоторых участках образуются кристаллические сетки. Состав ископаемого стабилизируется, концентрация углерода превышает 90%. Материал обретает насыщенный черный цвет и блеск.

В результате превращений в полезном ископаемом резко возрастает содержание углерода, падает содержание кислорода и водорода. Изменяются текстура и молекулярная структура, плотность материала возрастает.

При дальнейшем метаморфизме начинается стадия графитизации. В угле увеличивается число кристаллических связей. Он практически полностью состоит из углерода. Останки растений практически не выявляются. Графитизации подвергаются очень древние пласты времен силура и девона.

Условия углеобразования

На первом этапе углеобразования основное влияние оказывает рельеф, состав грунтовых вод, климат, болотная флора. Когда торфяные пласты опускаются вглубь земли, биохимические процессы прекращаются. Метаморфизм происходит за счет физических и химических изменений породы. Начинается этап углефикации.

На образование угля в толще земли влияют три основных фактора:

  1. Температура
  2. Давление
  3. Время

Каким образом каждый из факторов влиял на превращение торфа в уголь, мы расскажем дальше.

Температура

Высокая температура – это основной фактор превращения торфа в уголь. Под ее влиянием происходит распад крупных органических молекул, выделение газов, коллоиды становятся твердыми, образуются полимерные соединения. При сильном нагревании возникают ароматические и кристаллические связи между атомами углерода.

Температура изменяется по мере углубления в недра земли. Каждые 100 м повышается приблизительно на 1-8°С. В древние периоды этот показатель, возможно, был даже выше. Влияние температуры было доказано в эксперименте. При нагревании без доступа кислорода торф превращается в субстанцию, похожую на антрацит.

Для перехода торфа в бурый уголь нужна температура выше 35°С. Такие условия обеспечиваются на глубине в несколько сотен метров от поверхности Земли. Для превращения субстанции в антрацит нужно нагревание до 250-300°С, а при 390-400°С уголь переходит в графит.

Влиянием температуры можно объяснить, почему в древних залежах иногда выявляют бурый уголь, а в более молодых — антрацит. В зависимости от геологических условий пласты нагревались по-разному. Если они не опускались на большую глубину или на каком-то этапе поднялись на поверхность, уголь остался бурым, и дальнейший его метаморфизм не произошел.

Давление

Роль давления в образовании угля до конца не ясна. В ходе экспериментов не удалось добиться углефикации исключительно под его влиянием. Несомненно, давление имеет значение на этапе диагенеза. От его воздействия уплотняется торф, уменьшается его пористость и влажность. Давление способствует упорядоченности макромолекул, формированию слоистой структуры.

Начиная от стадии бурых углей, роль давления неоднозначная. Оно способствует дальнейшему уплотнению материала, но одновременно замедляет химические процессы. Высокое давление препятствует выходу газов. В залежах, похороненных под мощными пластами пустых пород, накапливается метан. В них находится больше угля на ранних стадиях метаморфизма.

При переходе к тощим углям и антрацитам значительно меняется их структура. Становится практически незаметной слоистая текстура. Такие изменения также приписывают влиянию давления. Но они могут происходить и под воздействием температуры.

Время

Фактор времени – самый неоднозначный. До сих пор идут дискуссии, насколько оно влияет на углефикацию. Одни считают, что время полностью компенсируется температурой. При благоприятных условиях превращение торфа в уголь может длиться от несколько сотен тысяч до миллиона лет.

Другие ученые твердят, что при минимальной температуре 35°С нужно 5 млн. лет для метаморфизма. Дальше процесс приостанавливается, и даже повышение температуры не изменяет тип угля. При более высоких показателях углефикация идет быстрее.

Вопрос влияния времени на углефикацию требует дальнейшего изучения. Но большинство ученых считают, что сейчас оно не играет роли. Климат изменился, а температура в недрах Земли снизилась. Даже через миллионы лет вряд ли современный торф при таких условиях превратиться в уголь. Поэтому время имеет значение только при наличии других факторов метаморфизма.

Метаморфизм угля проходит в разных геологических условиях. На него влияет глубина залегания пластов и температура в недрах Земли, рельеф местности, наличие вулканической активности.

В зависимости от условий углеобразования выделяют такие виды метаморфизма:

  • Региональный
  • Термальный
  • Контактный
  • Редкие виды

Детальнее о них мы расскажем дальше.

Региональный метаморфизм

Пласты торфа, которые погружаются вглубь Земли, нагреваются за счет ее теплового потока. Его интенсивность измеряется геотермическим ингредиентом (ГГ) – повышением температуры на определенную величину каждые 100 м. Современные показатели колеблются от 1°С до 8°С.

Увеличение температуры в толще Земли в эпоху углеобразования принято называть палеогеотермическим ингредиентом (ПГГ). Его значения были выше, чем современные. Они возрастали в районах активных платформ, которые постоянно сдвигались относительно друг друга. Средние показатели наблюдались предгорьях, низкие – в районах пассивных стабильных платформ.

На активной платформе располагался Тунгусский бассейн. В некоторых его участках ПГГ достигал 9-10°С. Сейчас ГГ снизился до 0,7-2,9°С. В предгорьях находятся Львовско-Волынский, Тургайский, Челябинский угольные бассейны. ПГГ в них составляет 3,5-4,5°С. На пассивных платформах расположены Подмосковный, Днепровский, Камский, Припятский бассейны. В них ПГГ всего 1-1,5°С. Это объясняет, почему уголь здесь остается бурым, несмотря на древность отложений.

Уплотнение породы, снижение влажности, пористости, формирование структуры происходит за счет давления осадочных пород. Природные факторы при региональном метаморфизме равномерно влияют на всю залежь. Уголь в пластах одного уровня имеет одинаковую степень зрелости. Она высокая в нижней части залежи и более низкая в верхней. Например, на глубине 100 м залегает антрацит, на 500 м – каменный уголь, а на 100 м — бурый.

Признаки регионального метаморфизма есть во всех угольных бассейнах. Ведь тепловой поток Земли приблизительно равномерно распределен по всей коре. Давление всегда усиливается при опускании пластов на глубину. Но в определенных регионах на формирование полезного ископаемого влияют и другие факторы. Они могут ускорять метаморфизм в определенных участках.

Термальный метаморфизм

Вследствие геологических процессов горячая магма может подниматься в верхние слои земной коры. Если она подходит близко к формирующимся пластам угля их метаморфизм резко ускоряется. Происходит это за счет повышения геотермального ингредиента.

При термальном метаморфизме уголь даже на небольшой глубине претерпевает сильные изменения. В результате у самой поверхности может образоваться антрацит, жирный или тощий каменный уголь. Температура распределяется равномерно по всему пласту.

Контактный метаморфизм

Механизм возникновения этого вида метаморфизма такой же, как у термального. В результате сдвигов земной коры магма подходит близко к поверхности. Но она воздействует не на весь пласт, а на его отдельные участки. Возникают интрузии (вклинивания) разогретых горных пород в угольную толщу. Площадь контакта может достигать тысяч метров. Изменения, вызванные интрузией, иногда проваляются на расстоянии в несколько километров от места соприкосновения с магматической породой.

Горячая порода вызывает спекание углей. На самой границе с магмой можно увидеть трещины, заполненные пеком (расплавленной смолой). Дальше в пласте резко увеличивается зрелость полезного ископаемого. Бурый уголь превращается в молодой каменный, а тот в антрацит. Метаморфизм наблюдается даже у зрелой сформировавшейся породы, которая в других условиях остается неизмененной.

Основное влияние на пласт оказывает высокая температура. Частично изменения связаны с резким повышением давления газов, которые выделяются при расплавлении угля. Полезное ископаемое вблизи контакта полностью теряет спекаемость, возрастает его зольность, падает теплота сгорания. В окружающих зонах образуется природный кокс – материал с матовым блеском и высокой прочностью.

Редкие виды метаморфизма

В большинстве угольных бассейнов метаморфизм происходит за счет трех описанных выше механизмов. Они воздействуют по-отдельности или одновременно. Кроме этого существуют виды, которые встречаются довольно редко.

К ним относятся:

  • Тектотермический, или динамометаморфизм
    Возникает в местах тектонических сдвигов, при образовании складчатых горных массивов. Признается не всеми исследователями. Следы такого метаморфизма наблюдаются в древних пластах, относящихся к Архейской и Протерозойской эрам. Основное влияние оказывают температура и резко возрастающее давление.
  • Гидротермический
    Возникает в зоне контакта угольного пласта с горячими подземными водами. Чаще всего такое происходит при повышенной вулканической активности, выходе в поверхностные слои коры магмы. Она разогревает подземные воды до высоких температур, превращает в пар. Такое состояние воды может сохраняться достаточно долго, даже после частичного остывания магмы. Сейчас мы можем наблюдать подобные процессы на месте горячих источников и вулканических гейзеров.
  • Радиационный
    Существуют лишь единичные наблюдения за метаморфизмом угля под воздействием радиации в лабораторных и естественных условиях. Этот механизм требует дальнейшего изучения.
  • Импактный
    Экзотический вид метаморфизма, возникает в угольных пластах после падения метеоритов. Изменения в породе происходят моментально.

Редкие виды метаморфизма играют вспомогательную роль в образовании угля. Они воздействуют на ограниченные участки пласта. Могут изменять уже сформировавшуюся породу.

Альтернативные теории образования угля

Существуют альтернативные теории углеобразования. Большинство имеют слабые аргументы и легко отвергаются официальной наукой. Некоторые из них просто фантастические.

Одна из самых популярных теорий – абиогенная. Утверждается, что уголь образовался в результате пиролиза метана. Как доказательства приводятся лабораторные эксперименты. В результате пиролиза газа получают графит. Сторонники теории утверждают, что растительные останки либо попадают в уголь на поздних этапах, либо являются просто кристаллическими структурами.

Теория не объясняет, откуда в толще земли взялся метан. Ведь у этого газа органическое происхождение, он является продуктом распада растений и животных. Трудно предположить, что древние растения попали в угольные пласты случайно. И уж тем более нельзя говорить, что это просто кристаллические структуры. Ведь в полезном ископаемом находят споры, кутикулу и древесину с хорошо сохранившейся структурой.

Вторая теория касается автохтонного торфообразования. Приводятся доказательства, что уголь образовался в основном из аллохтонных залежей. Она основана на том, что слоистая структура угля больше напоминает аллохтонный торф и могла сформироваться только под воздействием потоков воды, которые переносили залежи. Вертикальные стволы деревьев были также привнесены в торф извне, как и крупные валуны. Еще один аргумент – подошва угольных пластов. В ней нет признаков плодородной почвы. Теория требует дальнейшего изучения.

В спорах ученых присутствует вопрос, образовался ли уголь вследствие катастрофы. Многие объясняют процесс крупными наводнениями, резкими изменениями климата после землетрясений, извержений вулканов или падений метеоритов. Такое объяснение используют люди, считающие причиной образования угля Всемирный Ноев потоп. Если выключить библейскую историю, теория потопа имеет под собой основания. Ведь многие пустые породы между угольными пластами имеют морское происхождение. Скорее наводнения были локальными, связанными с повышением уровня моря или циклическими изменениями климата в определенных регионах.

Самая фантастическая теория – марсианское происхождение угля. Ее сторонники считают, что на Красной планете существовала жизнь. Она была уничтожена мощным метеоритным дождем. Частицы растений и осадочных пород занесло на землю. Они осели в основном в Северном полушарии. Затем из этой субстанции получился уголь.

В механизмах углеобразования есть много неясных моментов. Но ученые сходятся во мнении, что полезное ископаемое сформировалось из торфяных залежей, которые под воздействием температуры и давления превратились в твердую породу. Процесс занял миллионы лет и уже не повторяется. Это связано с остыванием ядра Земли, изменениями климата и другими причинами. Запасов угля хватит приблизительно на 500 лет. Но уже сейчас человечество ищет и начинает использовать альтернативные источники энергии и органических веществ.

Состав каменного угля – подробное описание характеристик и свойств

Главная > Часто задаваемые вопросы > Состав каменного угля

Каменный уголь – это продукт сложного метаморфизма растительных остатков торфяных болот. Под давлением горных пород, при высокой температуре и без доступа кислорода они превращаются в бурый уголь. Затем они еще больше разлагаются, теряют воду и твердеют. Конечными продуктами метаморфизма являются антрацит, графит и тальк.

Состав полезного ископаемого частично определяется еще на стадии формирования торфяника. Он зависит от видов растений, особенностей воды и грунта. Качество и соотношение компонентов меняется в процессе метаморфизма.

Компоненты каменного угля условно можно разделить на 3 группы:

  • Простые химические элементы
  • Сложные органические соединения (петрографический состав)
  • Минеральные примеси

Описание каждой группы вы найдете в продолжении статьи.

Простые химические элементы

Практически все химические элементы в угле находятся в связанном виде. Они входят в состав органических и неорганических соединений.

Наибольшее практическое значение имеют:

  • Углерод (С): 75-92%
    Углерод является основным элементом органических соединений. От его количества зависит теплота сгорания угля. Он входит в состав органической части материала. Содержание элемента повышается в процессе метаморфизма. Больше всего углерода в антраците (до 97%), меньше – в буром угле (60-70%).
  • Водород (H): 2,5-5,7%
    Теплота сгорания водорода в 4 раза выше, чем у углерода. Но в чистом виде этот элемент становится взрывоопасным. Количество вещества снижается в зависимости от степени метаморфизма. У бурого и каменного углей оно выше, чем у антрацита. Много водорода в сапропелитах – разновидностях угля, образованного из низших видов растений.
  • Кислород (O): 1,5-15%
    Количество кислорода снижается в процессе метаморфизма. В торфе этот элемент составляет около 40%, в буром угле 10-30%, в антраците – 1-2%. При высоком содержании кислорода ускоряются процессы окисления и сгорания материала.
  • Азот (N): 1-3%
    Элемент имеет органическое происхождение. Его процентное содержание снижается в процессе генезиса угля.
  • Сера (S): 0-4%
    Сера может попадать в каменный уголь как в процессе разложения растительных остатков, так и из окружающей пласты породы. При сгорании топлива она окисляется и превращается в сернистый газ SO2. При растворении газа в воде образуется серная кислота. Она повреждает стенки котлов. Поэтому количество серы в топливном угле строго регламентируется. Самое вредное соединение серы – сульфид (S2O). Около 70-80% соли переходит в газообразное состояние при нагревании. Выделяются сернистый газ и сероводород, загрязняющие атмосферу.
  • Фосфор (P): до 0,03%
    Фосфор – один из элементов, входящий в состав органических веществ. Его содержание должно регулироваться в коксе. Если фосфор попадает в сталь, качество сплава резко снижается.
  • Хлор (Cl): 0,015-0,15%
    Содержание хлора в углях колеблется от 0,015 до 0,15%. В так называемых «соленых углях» показатель может достигать 1%. Если показатель выше 0,3%, затрудняется сжигание топлива. При окислении и растворении в воде хлор образует соляную кислоту. Она вызывает коррозию металла, повреждение стенок котлов.
  • Мышьяк (As)
    Мышьяк попадает в уголь из грунтовых вод, и лишь незначительная часть имеет органическое происхождение. Этот элемент в высоких концентрациях встречается «пятнами» в некоторых месторождениях. При сжигании топлива он может попадать в золу и воздух. При высоком содержании мышьяк вредит экологии, провоцирует онкологические заболевания.

ГОСТ 32464-2013 регулирует содержание ряда элементов в угле:

  • Сера – до 2,8% (обогащенный), 3% (необогащенный), 4,6% (рядовой)
  • Хлор – до 0,6%
  • Мышьяк – до 0,02%

Петрографический состав угля

Каменный уголь залегает пластами со слоистой структурой. Отдельные слои состоят из твердой органической породы разного строения и происхождения. Принято различать макро- и микрокомпоненты пластов. Они различаются между собой не только составом, но и внешним видом, микроскопической структурой.

Макрокомпоненты каменного угля

Эти компоненты угля залегают пластами, линзами или призмами в толще ископаемой породы. Они образовались из различных видов растений в процессе метаморфизма торфа. Чаще всего изменения проходили в анаэробных условиях (без доступа кислорода).

Макроэлементы не имеют определенной химической структуры. В свое время целлюлоза, лигнин и другие ткани растений прошли процесс гелификации – превращения в желеподобную субстанцию. Затем она затвердела и стала похожей на камень. Под микроскопом в ряде случаев можно заметить окаменевшие споры, клеточные стенки, растительные волокна.

Окаменелые растения или их отпечатки в каменном угле можно обнаружить и без микроскопа. Это не редкость. В некоторых шахтах есть даже свои собственные музеи таких артефактов, а в интернете вовсю торгуют углем с окаменелостями. Например, в 1998 году в угольном пласте штата Иллинойс в Америке был обнаружен целый лес, сохранивший свою изначальную структуру. Площадь его достигает 10 км2, а возраст – 307 миллионов лет. В этом лесу выявлены огромные папоротники, хвощи, остатки рептилий и членистоногих.

Основные макроэлементы угля:

  • Витрен
    Блестящий материал черного цвета, хрупкий, трещиноватый, с раковистым изломом, плотной однородной структуры. Образуется витрен из лигнина и целлюлозы в условиях разложения с ограниченным доступом кислорода. Он проходит процесс гелификации. В молодых углях под микроскопом обнаруживают клеточную структуру, а в более зрелых витрен представляет собой однородную массу. Компонент обладает хорошей спекаемостью, повышает коксирующие свойства угля.
  • Кларен
    Блеск материала слабее, чем у витрена. Состоит кларен из полупрозрачной гелифицированной массы с неоднородной структурой. Он мягкий, с единичными трещинами. Содержание золы в нем 1,2% с незначительным преобладанием оксида алюминия (Al2O3). Образуется кларен из кутикулы и спор. Он залегает мощными пластами, относится к спекающимся материалам. Компонент выполняет роль клея, скрепляет между собой разные части угольной породы.
  • Дюрен
    Это твердый уголь черного цвета с матовым блеском. Структура у него плотная, однородная, текстура и излом зернистые. В состав дюрена входят форменные элементы желтого цвета – пыльца, споры, смоляные тельца. Черный оттенок имеют остатки тела растений. Рассмотреть элементы можно под микроскопом или лупой. Дюрен обладает высокой зольностью, не спекается, с трудом обогащается.
  • Фюзен
    Структура породы волокнистая, рыхлая, напоминает древесный уголь. Под лупой или микроскопом четко просматриваются клетки и растительные волокна, иногда годовые кольца. Внутренняя часть волокон бывает заполнена минералами – кальцитом или пиритом. Фюзен образуется из остатков древесины, которые разлагались в присутствии кислорода. В пластах он залегает в форме линз или призм. Материал не спекается, обладает высокой зольностью, незначительным выходом летучих веществ при сжигании.

Соотношение макроэлементов в каменном угле влияет на его качество и способы применения. Для топлива и производства кокса лучше подойдет порода, содержащая витрен и кларен. Дюрен и фюзен чаще используют для получения смолистых веществ, дегтя, генерации газа.

Микрокомпоненты каменного угля

Микрокомпоненты углей, или мацералы – это мельчайшие органические частички, которые можно разглядеть только под микроскопом. Как и макрокомпоненты, они не имеют определенной химической структуры. В состав входят циклические ароматические углероды в разных соотношениях. Классификация основывается на генезисе веществ из растительных остатков, их твердости, блеске, отражении света и других физических свойствах.

По количеству и соотношению микрокомпонентов угля определяют его марку, особенности метаморфизма пластов. Это влияет на способы применения ископаемого и его характеристики.

Различают несколько групп мацералов:

  • Витриниты
  • Семивитриниты
  • Липтиниты
  • Инертиниты

Каждая группа включает еще несколько разновидностей микрокомпонентов. Детальнее о них мы расскажем дальше.

Витриниты

Это группа химических веществ, образовавшаяся из лигнина и целлюлозы. Они твердые, с гладкой блестящей поверхностью, содержат ароматические соединения с циклической структурой. Цвет колеблется от черного и темно-серого до почти прозрачного, в зависимости от степени метаморфизма.

Витриниты потеряли во время генезиса значительную часть водорода и кислорода, в их составе значительно преобладает углерод. При нагревании они плавятся, выделяют среднее или низкое количество летучих веществ.

Группа включает:

  • Телинит
    Материал состоит из стенок древесных клеток, которые четко визуализируются под микроскопом. Его много в битумизированном угле; в зрелых ископаемых количество снижается.
  • Коллинит
    Основное цементирующее вещество витрена.
  • Витродентринит
    Образуется из обломков телинита и коллинита с диаметром около 10 мкм.

Витриниты являются одними из самых распространенных и важнейших органических составляющих каменного угля. Цвет и рельеф этих мацералов используют как эталон для определения других групп. Они наименее зольные, а также хрупкие и плотные (1300-1400 кг/м3). Уголь с высоким содержанием витринитов – ценное топливо и материал для производства кокса.

Семивитриниты

Эта группа микрокомпонентов образуется из целлюлозы и лигнина, с примесью древесных остатков (фюзена). Поверхность семивитринитов гладкая, цвет серый (всегда светлее, чем у витринитов). При нагревании вещества размягчаются, но не становятся пластичными.

В группу семивитринитов входят:

  • Семителинит
  • Семиколлинит

По физическим характеристикам семивитринит занимает промежуточное положение между витринитом и инертинитом. Его присутствие говорит о низком или среднем метаморфизме угля. В таком ископаемом обычно меньше углерода, больше кислорода и водорода. При высоком содержании веществ снижается теплота сгорания, повышается способность к окислению. Но обычно в каменном угле количество семивитринитов не превышает 1-3%, что не влияет на качество материала.

Липтиниты

Группа липтинитов, или экзинитов образовалась из липидов растений. Цвет зависит от происхождения и степени углефикации, бывает темно-коричневым, черным и серым. Структура липтинитов практически не изменяется во время превращения торфа в бурый и каменный угли. Они не поддаются гумификации и гелификации. Поэтому под микроскопом хорошо видны частички растений – споры, пыльца, кутикула, воск.

В группу входят 6 органических веществ:

  • Споринит
    В структуре преобладают споры растений. Это прочный материал, который связывает между собой элементы дюрена.
  • Кутинит
    Образуется из окаменевшей кутикулы растений. Он прочный, содержит большое количество водорода. При сжигании выделяется много летучих веществ.
  • Резинит
    Он образовался из древесной смолы и воска, рассеян в толще породы или залегает слоями. Резинит содержит много водорода. Он может растворяться в спирте, бензоле. Из него можно получать смолу и битум.
  • Суберинит
    Это компонент желтого цвета, образовавшийся из корковой ткани. Встречается он в виде корок, обволакивающих основной пласт породы.
  • Альгинит
    Происходит альгинит от низших растений, водорослей, простейших и бактерий, богатых липидами. Он входит в состав только особого типа углей – сапропелитов. Они образовались на дне пресных и соленых водоемов. Вещество очень твердое, богато водородом, имеет черный цвет.
  • Липтодетринит
    Образовался из мелких разрушенных частиц (детрита) растений. Является смесью всех описанных выше компонентов.

Плотность липтинитов относительно низкая, 1200-1300 кг/м3. При сжигании они выделяют много летучих веществ. Из этой группы мацералов получается качественный кокс.

Инертиниты

Образуются из растительных остатков (чаще древесины), которые разлагались в присутствии кислорода. Инертиниты залегают мощными пластами на местах старых высушенных болот. Они обладают матовым блеском, в структуре просматриваются целлюлозные волокна, сохраняется рисунок древесины. Цвет веществ светлый, от желтого до белого.

Содержание углерода в инертинитах высокое, а водорода – сниженное. При сгорании они выделяют очень мало летучих веществ, не спекаются. В их состав входит большое количество ароматических углеводов. Плотность у этого вида мацералов высокая, 1400-1500 кг/м3.

Группа инертинита включает 6 веществ:

  • Фюзинит
    Он характеризуется сохраненной клеточной структурой, ячеистым строением. Внутренние полости клеток могут заполняться органическими и минеральными веществами. Фюзинит занимает первое место по содержанию углерода среди всех компонентов угля.
  • Микринит
    Он образовался из смолянистых деревьев, в больших объемах встречается в угле палеозойской эры, длиннопламенных разновидностях. Микринит рассеян в пластах в виде микроскопических зерен, может заполнять пустоты между стенками растительных клеток. Со временем он превращается в вещество, мало отличимое от витринита.
  • Макринит
    В угле встречается редко. Он представляет собой аморфную массу, которая склеивает другие компоненты.
  • Склеротинит
    Он образовался из остатков грибов. Склеротинит имеет форму овальных тельцев с четкими очертаниями и пористой структурой. Размеры включений – от 10 мкм до 80 мкм. Встречается склеротинит в каменном угле пермского периода.
  • Семифюзинит
    Он состоит из остатков древесины с частично сохраненной клеточной структурой и по своим характеристикам занимает промежуточное положение между витринитами и инертинитами.
  • Инертодетринит
    Это смесь обломков всех мацералов группы инертинита с размерами до 20 мкм.

Микрокомпоненты составляют основную массу каменного угля. В процессе метаморфизма они постепенно разлагаются, теряют свою структуру и превращаются в чистый кристаллический углерод. Другие элементы переходят в минеральную часть угольного пласта. О ней мы и поговорим дальше.

Минеральные примеси

Минеральная часть каменного угля представлена оксидами, солями и другими неорганическими соединениями. При сжигании из нее образуется зола. Количество примесей влияет на энергетическую ценность топлива. При высоком содержании некоторых элементов стенки котлов могут быстрее поддаваться эрозии, а золоулавливающие устройства – быстро загрязняться.

Минеральный состав угля различается в разных месторождениях и даже в пластах. Неорганические соединения попадают в породу разными путями – непосредственно при разложении растений, из болотных и грунтовых вод, окружающей породы.

В связи с этим минералы разделяют по происхождению:

  • Терригенные
    В эту группу входят обломки породы, которые привносятся в сформировавшиеся пласты угля грунтовыми водами (глина, песок, валуны, галька, полевой штат, биотит, мусковит, апатит, хлорит, магнетит, рутил и другие). Элементы в основном проникают через трещины, реже впитываются порами угля. Терригенные элементы могут попадать в каменный уголь при тектонических сдвигах, после взрывов при разработке месторождений.
  • Аутогенные
    Эти минеральные элементы попадают в породу на стадии ее формирования. К ним относятся неорганические вещества, образовавшиеся вследствие глубокого распада растений еще в торфяниках. Соли и оксиды выпадают из болотных и грунтовых вод, впитываются торфом и бурым углем. В процессе метаморфизма в угольные пласты могут попадать соли из геотермальных растворов. Часть породы проходит более существенные преобразования, превращается в тальк и графит.

Аутогенные минеральные вещества представлены каолинитом, иллитом, кварцем, кальцитом, гипсом, карбонатами, сульфидами. Среди них часто встречаются соли элементов, входящих в состав растительных ферментов (кобальта, марганца, магния, молибдена, алюминия, железа).

Терригенные микроэлементы не связаны прочно с породой. Они отделяются во время обогащения угля. Аутогенные отделить невозможно, поэтому на их количество и состав обращают особое внимание.

Около 70-80% всех неорганических веществ каменного угля составляют глинистые минералы. Главными элементами являются кварц, кальций, алюминий, железо, магний, натрий и калий. При сжигании глинистые минералы теряют воду, превращаются в силикаты и оксиды.

Кальцит и доломит при нагревании реагируют между собой и образуют гипс. Нежелательная примесь в угле – пирит. Он распадается на оксиды железа и серы. Затем сернистый газ растворяется в воде, превращаясь в серную кислоту, разъедающую стенки котлов.

В угле иногда присутствуют редкие металлы (золото, германий, уран, молибден, бериллий). При высоком их содержании материал подвергают дополнительной обработке, чтобы извлечь из него ценное сырье. Попадаются в угле и вредные элементы, которые могут повреждать стенки котлов, сделать породу непригодной для производства кокса. К ним относятся сера, фосфор, хлор, фтор, мышьяк, ртуть. Некоторые токсичные элементы наносят вред экологии.

От состава каменного угля во многом зависят свойства и возможности применения материала. Он положен в основу классификации и разделения угля на марки. Данные о некоторых элементах (сере, хлоре, мышьяке) должны быть прописаны в сертификатах. При покупке материала обязательно обратите на это внимание.

Усвояемый и уголь — Российская газета

Если когда-то медицинские знания были в исключительном владении медиков и фармацевтов, а нам, обычным людям, доставались скупые врачебные разъяснения, то теперь эти самые знания вырвались на неограниченный "оперативный простор". Уж и не знаю, хорошо это или плохо, когда на каждом шагу можно свободно купить все, что угодно, - от таблетки до операционного стола.

Здесь от моего мнения мало что зависит. Но не могу не отметить: появилось множество слов, которые раньше были только в лексиконе весьма узких специалистов. Появились-то они появились, но никто толком не знает, что это за слова и как их использовать. Вот, например, "усвояемость"...

"Усвояемость". Действительно, на первый взгляд слово какое-то странное. Уж лучше бы "усваиваемость", правда? Его, конечно, труднее произнести, но оно нам понятнее: мы что-то едим, еда усваивается, отсюда - "усваиваемость".

Не тут-то было. Если заглянуть в словари, то мы выясним, что слово "усвояемость" там есть, а вот "усваиваемости" нет и в помине.

Из существительных с этим корнем есть "усвоение" и "усвояемость". Что такое "усвояемость"? Это способность усвоения, переваривания (пищи или лекарств). Понятно, что такое слово широко использоваться не может, да и не используется. О нем вспоминают при случае диетологи и врачи, да вот, пожалуй, и все. "Усвояемость" ведет себя скромно. Но - существует! Несмотря на то, что красивым его признать никак нельзя... Может быть, отчасти и поэтому оно не становится общеупотребительным.

***

Уголь

Двое дачников в электричке обсуждают свою нелегкую загородную жизнь. У одного сарай покосился, у другого ворота вчера ночью сняли, так и стоит теперь забор с дырой... В общем, одни хлопоты и расходы, вздыхают оба.

- А печку чем топите? - спрашивает один другого.

- Раньше дровами, а теперь Углем, - отвечает дачник.

Каждый, конечно, сам вправе выбрать, чем ему отапливать дом. Но если уж выбрали уголь в качестве топлива, не грех выяснить, где в этом слове ударение. Вопрос непростой: передо мной несколько словарей, и я могу вместе с вами проследить, как менялся звуковой облик слова "уголь" в последнее тридцатилетие.

Дикторы старой школы долго переучивались: ведь они в свое время привыкли говорить, что "шахтеры добыли столько-то тонн Угля" - их так учили. "Уголь, Угля, Углем..." - это было литературной нормой сто, семьдесят, пятьдесят, тридцать и даже двадцать лет назад. Хотя шахтеры, например, говорили о "добытом углЕ". Однако это долго считалось просторечием.

Шло время, нормы менялись - медленно, но верно. И вот, пожалуйста: в Словаре ударений 2000 года "двадцать тонн углЯ" считается самой что ни на есть нормой. "Уголь, углЯ, углЁм, об углЕ" - говорите, не стесняйтесь.

То есть в косвенных падежах слова "уголь" ударение смещается на последний слог, но только в единственном числе! С числом множественным все по-прежнему: "у нас есть Угли, у нас нет Углей". Не забудьте - если Углей много, ударяйте на "У".

Но есть еще и "Уголья". Когда-то слово это считалось просторечным, теперь опять-таки взгляд на него изменился. "Уголья" - нормальное литературное слово, хоть и используем мы его редко. Это понятно: городским жителям слово "уголь" вообще требуется нечасто - разве что на шашлыки за город кто-то выезжает.

Да еще мы используем устойчивое выражение "сидеть, как на Угольях". Вот это с каждым из нас бывает, и нередко! Здесь можете выбирать, что вам делать: "сидеть, как на Угольях" или "сидеть, как на Углях". Ударение в любом случае на "У".

образование в недрах Земли. Источники и процесс образования каменного угля :: SYL.ru

В данной статье представлена информация об одной интересной осадочной породе, являющейся источником большого экономического значения. Эта удивительная по истории своего возникновения порода называется "каменный уголь". Образование его довольно любопытно. Следует отметить, что, несмотря на то, что порода эта составляет менее одного процента всех существующих на земле осадочных пород, она имеет большое значение во многих сферах жизни людей.

Общая информация

Каким образом формировался каменный уголь? Образование его включает в себя многие процессы, происходящие в природе.

Появился каменный уголь на Земле примерно 350 млн лет назад. Если объяснить по-простому, произошло это следующим образом. Стволы деревьев, падая в воду с прочей растительностью, постепенно образовывали огромные слои органической неразложившейся массы. Ограниченный доступ кислорода не давал разложиться и сгнить этому месиву, которое постепенно под своим весом погружалось все глубже. В течение длительного времени и в связи со смещением пластов земной коры эти слои ушли на значительную глубину, где под воздействием повышенных температур и большого давления произошло преобразование данной массы в уголь.

Ниже более подробно рассмотрим, как появился каменный уголь, образование которого очень интересно и любопытно.

Виды угля

На современных угольных месторождениях мира добывают разные виды каменного угля:

1. Антрациты. Это самые твердые сорта, добываемые с больших глубин и имеющие самую большую температуру сгорания.

2. Каменный уголь. Многие его сорта добываются открытым способом и в шахтах. Данный вид самый распространенный в сферах деятельности человека.

3. Бурый уголь. Это самый молодой вид, образовавшийся из остатков торфа и обладающий самой низкой температурой сгорания.

Все перечисленные формы каменного угля залегают пластами, а места их скопления называют угольными бассейнами.

Теории происхождения угля

Что такое каменный уголь? Проще говоря, данная осадочная порода представляет собой накопленные, со временем уплотненные и переработанные растения.

Существуют две теории, более популярной из которых является та, которой придерживаются многие геологи. Она заключается в следующем: растения, из которых состоит каменный уголь, скапливались в больших торфяных или пресноводных болотах в течение многих тысяч лет. Данная теория предполагает рост растительности в месте обнаружения пород и имеет название "автохтонная".

Другая теория основывается на том, что угольные пласты накопились из перенесенных из других мест растений, которые и отложились на новом участке в условиях затопления. Иными словами, уголь произошел из перенесенного растительного мусора. Вторая теория называется аллохтонной.

В обоих случаях источник образования каменного угля – растения.

Почему этот камень горит?

Основной химический элемент в угле, обладающий полезными свойствами, – углерод.

В зависимости от условий образования, процессов и возраста пластов каждое месторождение каменного угля содержит свой определенный процент углерода. Данный показатель и определяет качество природного топлива, поскольку уровень теплоотдачи связан напрямую с количеством окисляемого в процессе горения углерода. Чем выше теплота сгорания данной породы, тем она наиболее пригодна в качестве источника тепла и энергии.

Что такое каменный уголь для людей всего мира? В первую очередь это самое лучшее топливо, пригодное для разных сфер жизнедеятельности.

Об окаменелостях в угле

Виды растений ископаемых, обнаруживаемых в угле, не подтверждают автохтонную теорию происхождения. Почему? Например, деревья плауны и папоротники гигантские, характерные для угольных отложений Пенсильвании, могли произрастать в болотистых условиях, в то время как другие ископаемые растения того же бассейна (хвойное дерево или гигантский хвощ и пр.) предпочитали более просушенные почвы, а не болотистые места. Выходит, что они были перенесены каким-то образом в эти места.

Как появился каменный уголь? Образование в природе его удивительно. В угле часто встречаются и морские ископаемые: моллюски, рыбы и брахиоподы (или плеченогие). В пластах угля также встречаются угольные шарики (округлые скомканные массы прекрасно сохранившихся ископаемых растений и животных, в том числе и морских). Например, маленький морской червь кольчатый обычно обнаруживается прикрепленным к растениям в углях Северной Америки и Европы. Относятся они к каменноугольному периоду.

Залегание в угольных осадочных породах морских животных вперемежку с неморскими растениями говорит о том, что смешались они в процессе перемещения. Удивительные и длительные процессы происходили в природе, прежде чем окончательно сформировался каменный уголь. Образование его именно таким образом подтверждает аллохтонную теорию.

Удивительные находки

Наиболее интересные находки в слоях угля – это стволы деревьев, вертикально залегающих. Они часто пересекают огромные толщи пород перпендикулярно к напластованию угля. Деревья в таком вертикальном положении нередко встречаются в пластах, связанных с угольными отложениями, а чуть реже – в самом угле. Многие придерживаются мнения о перемещении и стволов деревьев.

Удивительным является то, что осадочные породы должны были настолько быстро накапливаться, чтобы покрыть эти деревья до того, как они испортились (сгнили) и упали.

Вот такая довольно интересная история формирования породы под названием каменный уголь. Образование в недрах земли подобных слоев является поводом для дальнейших исследований в поисках ответов на многочисленные вопросы.

Откуда глыбы в угле?

Впечатляющей внешней особенностью угля является содержание в нем огромных глыб. Эти крупные глыбы на протяжении уже более ста лет обнаруживаются в угольных пластах многих месторождений. Средний вес 40 глыб, собранных в месторождении угля Западной Вирджинии, составлял около 12 фунтов, а крупнейший – 161 фунт. Причем многие из них представляли собой метаморфическую или вулканическую породу.

Исследователь Прайс предположил, что они могли перенестись в месторождение каменного угля в Вирджинии издалека, вплетаясь в корни деревьев. И данное заключение тоже поддерживает аллохтонную модель образования угля.

Заключение

Множество исследований доказывают истинность именно аллохтонной теории формирования каменного угля: наличие останков наземных и морских животных и растений подразумевает их перемещение.

Также исследования доказали, что метаморфизм данной породы не требует длительного времени (миллионы лет) воздействия давления и тепла – он может образоваться и в результате быстрого нагревания. А вертикально расположенные в угольных осадках деревья подтверждают довольно быстрое накопление остатков растительности.

УГОЛЬ ИСКОПАЕМЫЙ | Энциклопедия Кругосвет

Содержание статьи

УГОЛЬ ИСКОПАЕМЫЙ, горючая осадочная порода органического (растительного) происхождения, состоящая из углерода, водорода, кислорода, азота и других второстепенных компонентов. Цвет варьирует от светло-коричневого до черного, блеск – от матового до яркого блестящего. Обычно четко выражена слоистость, или полосчатость, которая обусловливает его раскалывание на блоки или таблитчатые массы. Плотность угля от менее 1 до ~1,7 г/см3 в зависимости от степени изменения и уплотнения, которое он претерпел в процессе углеобразования, а также от содержания минеральных составляющих.

Углеобразование.

Начиная с девонского периода в древних торфяных болотах в анаэробных условиях (в восстановительной среде без доступа кислорода) накапливалось и консервировалось органическое вещество (торф), из которого формировались ископаемые угли. Первичная торфяная залежь состояла из массы тканей растений от полностью разложившихся (гелефицированных) до хорошо сохранивших свое клеточное строение. В аэробных условиях при воздействии на остатки растений обогащенных кислородом вод или на контакте с атмосферой происходило полное окисление (разложение) органического вещества с выделением диоксида углерода и легких углеводородов (метана, этана и др.), не сопровождавшееся торфообразованием.

Превращение торфа в ископаемый уголь, называемое углефикацией, происходило в течение многих миллионов лет и сопровождалось концентрацией углерода и уменьшением содержания трех основных углеобразующих элементов – кислорода, азота и водорода. Главными факторами углефикации являются температура, давление и время. В России принято выделять следующие стадии углефикации: буроугольную (с ранней подстадией – лигнитовой), каменноугольную, антрацитовую и графитовую. При этом шло последовательное образование бурых углей, каменных углей, антрацита и графита. В США, Канаде, Германии, Великобритании и многих других странах принято считать, что в процессе углефикации из торфа образуются лигниты, суббитуминозные угли, битуминозные угли, антрацит и графит (что не противоречит российской классификации).

Современное торфообразование происходит в разных масштабах в пределах всех материков, кроме Антарктиды. Крупные торфяники известны на территории Канады, России, Ирландии, Шотландии и других стран.

Углеобразование, имевшее место в прошлые эпохи, различалось по интенсивности, а также условиям формирования первичных торфяников. Как и ныне, в древности торф накапливался и во внутренних частях континентов, и на их окраинах. Большую роль при этом играли климатический и тектонический факторы. Интенсивное углеобразование происходило в эпохи с теплым и влажным климатом, каменноугольную, пермскую, юрскую, палеогеновую и неогеновую, а слабое – в девонскую и триасовую. Тектонические пульсационные колебания окраин материков сопровождались накоплением угленосных толщ мощностью в несколько километров, включающих до 200–300 угольных пластов и пропластков. Во время морских трансгрессий торфяные болота затапливались, и поверх торфа отлагались смываемые с прилегающих более высоких участков суши осадки разного механического состава. Затем во время морской регрессии в условиях погружения суши болотообразование возобновлялось и накапливался торф. В результате многократного повторения этих процессов сформировались слоистые осадочные толщи. Мощность таких угленосных толщ колеблется от нескольких десятков метров до 3000 м и более (например, в Аппалачском бассейне свыше 2000 м, Рурском – 2500–3000 м, Верхнесилезском – 2500–6000 м, Донецком – до 18 000 м).

Возраст угля.

Изучение сохранившихся в углях остатков растений позволило проследить эволюцию углеобразования – от более древних угольных пластов, образованных низшими растениями, до молодых углей и современных торфяных залежей, характеризующихся большим разнообразием высших растений-торфообразователей. Возраст угольного пласта и связанных с ним пород определяют путем определения видового состава остатков содержащихся в угле растений.

Самые древние угольные залежи образовались в девонский период, примерно 350 млн. лет назад. Наиболее интенсивное углеобразование происходило в интервале от 345 до 280 млн. лет назад, и поэтому этот период был назван каменноугольным. К нему относится бóльшая часть угленосных бассейнов на востоке и в центральных районах США, в Западной и Восточной Европе, Китае, Индии и Южной Африке. В пермский период (280–235 млн. лет) интенсивное углеобразование происходило в Евразии (угольные бассейны Южного Китая, Кузнецкий и Печорский – в России). Мелкие месторождения угля в Европе сформировались в триасовый период. Новый всплеск интенсивности углеобразования пришелся на начало юрского периода (185–132 млн. лет). Примерно 100–65 млн. лет назад, в меловой период, сформировались угольные месторождения Скалистых гор США, Восточной Европы, Центральной Азии и Индокитая. В третичный период, примерно 50 млн. лет назад и позднее, возникли месторождения в основном бурых углей в различных районах США (на севере Великих равнин, севере Тихоокеанского побережья и в прибрежных районах Мексиканского залива), в Японии, Новой Зеландии и Южной Америке, а также в Западной Европе. В Европе и Северной Америке образование торфа происходило в теплые межледниковые периоды и в послеледниковье.

Условия залегания.

В результате движений земной коры, в ходе которых происходила смена относительного положения суши и моря, мощные толщи угленосных пород испытывали поднятие и складкообразование. С течением времени приподнятые части толщи (антиклинали) разрушались за счет эрозии, а опущенные (синклинали) сохранялись в широких неглубоких бассейнах, где уголь находится на глубине не менее 900 м от поверхности. Например, в США в Скалистых горах и на севере Тихоокеанского побережья угленосные отложения залегают в основном на глубинах 1200–1850 м и в исключительных случаях достигают глубины 6100 м. В Великобритании, Бельгии, Германии, на Украине и в России (Донбасс) уголь в некоторых местах добывается с глубины более 1200 м. Угольные пласты, продолжающиеся на глубину 5–8 км, в настоящее время разрабатывать нерентабельно.

Угольные пласты.

Мощность отдельных угольных пластов колеблется от 10 см до 240 м (как, например, в штате Виктория в Австралии). Пласты мощностью 120 м встречаются в Китае; 60 м – в США (шт. Вайоминг) и Германии; 30 м – в США (шт. Вайоминг), Канаде (провинция Британская Колумбия) и других районах. Такие мощные пласты обычно занимают небольшую площадь. Чаще всего встречаются пласты толщиной 90–240 см. Они распространяются на большие территории, и с ними связаны значительные запасы добываемого угля. В толщах угленосных пород содержится от двух-трех до нескольких десятков угольных пластов. Например, в США в детально изученной угленосной толще в Западной Виргинии было установлено 117 угольных пластов.

Классификации.

Оценка ископаемых углей ведется по трем параметрам: степени метаморфизма, которая определяется как степень изменения содержания углерода в угле; качеству, оцениваемому по содержанию горючего компонента, количеству золообразующих веществ, содержанию влаги, серы и других элементов и по составу ископаемых растений-углеобразователей, химическим преобразованиям, которые произошли в процессе углефикации.

Стадии метаморфизма.

Главные классы угля (принятые в США и некоторых европейских странах) по возрастанию стадий метаморфизма включают лигнит (в России лигнит является термином свободного пользования), суббитуминозный уголь, битуминозный уголь и антрацит. Различия в стадии метаморфизма определяются на основе химических анализов, свидетельствующих о последовательном уменьшении влажности и выхода летучих веществ, а также увеличении содержания углерода. От относительного количества влаги, летучих веществ, углерода и теплотворной способности (теплоты сгорания) зависят прочность угля при транспортировке и хранении, а также активность горения. Крупным потребителям необходимо знать свойства различных углей и сравнительную стоимость добычи и транспортировки различных категорий угля, чтобы решить, какая категория в наибольшей мере удовлетворяет их нужды.

Лигнит

имеет отчетливую волокнистую структуру древесины, чаще светло-коричневый и коричневый, реже – черный цвет. По свойствам и составу отличается от настоящего бурого угля, который встречается преимущественно в Канаде и Европе. По сравнению с торфом лигнит содержит меньше воды и отличается более высокой теплотворной способностью. Большинство молодых (недавно образовавшихся) углей представлено лигнитом, но там, где они подверглись высокому давлению или интенсивному тепловому воздействию, их качество более высокое.

Суббитуминозный уголь

характеризуется черным цветом, незначительным проявлением, а иногда и отсутствием волокнистой древесной структуры, содержит меньше воды и летучих веществ по сравнению с лигнитом и отличается более высокой теплотворной способностью. Суббитуминозный уголь легко выветривается на воздухе и крошится во время транспортировки.

Битуминозный уголь

отличается черным цветом, относительно низким содержанием влаги и наибольшей теплотворной способностью среди всех углей. В большинстве высокоразвитых стран битуминозный уголь используется в промышленности в бóльших количествах, чем уголь других категорий, так как у него не снижается качество при транспортировке и он имеет высокую теплотворную способность; кроме того, некоторые разновидности битуминозного угля используются для получения металлургического кокса.

Антрацит

характеризуется очень высоким содержанием углерода, низкой влажностью и малым выходом летучих компонентов. Он имеет смоляно-черный цвет и при сжигании не дает копоти. Чтобы поджечь антрацит, требуется больше тепла и усилий, но загоревшись, он дает устойчивое, чистое, горячее, голубое пламя и горит дольше, чем уголь более низких стадий метаморфизма. До 1920-х годов антрацит широко использовался для обогрева домов, а затем ему на смену пришли нефть и природный газ.

Сортность.

В процессе торфообразования в уголь попадают разные элементы, бóльшая часть которых концентрируется в золе. Когда уголь сгорает, сера и некоторые летучие элементы выделяются в атмосферу. Относительное содержание серы и золообразующих веществ в угле определяют сортность угля (см. таблицу). В высокосортном угле меньше серы и меньше золы, чем в низкосортном, поэтому он пользуется бóльшим спросом и дороже.

КЛАССИФИКАЦИЯ УГЛЕЙ ПО СОРТНОСТИ

Процентное содержание вредных примесей

Сорт угля

Зольность, %

Сера, %

Высокий

2–5

1

Средний

5–8

1–3

Низкий

8–12

3–5

Сорт определяется качеством угля, а не стадией углефикации, характеризующей степень его изменения. Уголь низкой стадии углефикации, например лигнит, может быть высокого сорта, а высокой стадии, например антрацит, – низкосортным.

Количество содержащихся в угле золообразующих веществ (минеральная составляющая) может изменяться от 1 до 50 весовых процентов, но для большинства углей, используемых в промышленности, оно составляет 2–12%. Золообразующие вещества дают дополнительный вес, что удорожает транспортировку угля. Кроме того, часть золы попадает в воздух и загрязняет его. Некоторые компоненты золы спекаются с образованием шлака на колосниковых решетках и затрудняют горение.

Хотя содержание серы в углях может меняться от 1 до 10%, в большинстве углей, используемых в промышленности, ее содержание составляет 1–5%. Однако примеси серы нежелательны даже в небольших количествах. Когда уголь сгорает, бóльшая часть серы выделяется в атмосферу в виде вредных загрязняющих веществ – оксидов серы. Кроме того, примесь серы оказывает негативное влияние на качество кокса и стали, выплавленной на основе использования такого кокса. Соединяясь с кислородом и водой, сера образует серную кислоту, корродирующую механизмы работающих на угле тепловых электростанций. Серная кислота присутствует в шахтных водах, просачивающихся из отработанных выработок, в шахтных и вскрышных отвалах, загрязняя окружающую среду и препятствуя развитию растительности.

Ресурсы.

Общие мировые ресурсы угля, т.е. количество угля, которое находилось в недрах до того, как его начали добывать, оцениваются суммарной величиной более 15 000 млрд. т; из них примерно половина доступна для добычи. Основная масса мировых ресурсов угля находится в Азии и сосредоточена преимущественно в России и Китае, которые являются крупнейшими производителями угля. Северная Америка и Западная Европа занимают соответственно второе и третье места по ресурсам угля и также являются весьма крупными производителями.

ДОБЫЧА УГЛЯ

Уголь разрабатывают открытым (карьерами) и подземным (шахтами и штольнями) способами. Выбор способа ведения горнодобывающих работ зависит в основном от расположения угольного пласта относительно земной поверхности. Разработка открытым способом обычно ведется при глубине его залегания не более 100 м. В зависимости от направления подхода к угольному пласту различают способы вскрытия месторождения: штольней (горизонтальной подземной выработкой) и вертикальными или наклонными шахтными стволами. Иногда уголь добывают из месторождений, простирающихся далеко в море. Подводная добыча угля ведется в Канаде, Чили, Японии и Великобритании.

РАЗРАБОТКА ПОДЗЕМНЫМ СПОСОБОМ

Вскрытие месторождения штольней.

Если пласт выходит на дневную поверхность на склоне горы, то к нему проводится горизонтальный туннель, называемый штольней. Штольню, как правило, ведут по падению (наклону) пласта. Если пласт почти горизонтален, то начинают разработку немного ниже его уровня и, уже дойдя до пласта, следуют по его падению. Если мощность пласта невелика, то извлекают часть его почвы (пород, залегающих ниже пласта) или кровли.

Для определения самой низкой и наиболее удобной точки входа в штольню бурят мелкие скважины и проводят короткие штольни, в которых осуществляются маркшейдерские измерения. Боковые стороны и верх устья штольни бетонируют, особенно вблизи поверхности. Если штольня рассчитана на несколько лет, то ограничиваются установкой деревянной крепи.

Наклонные выработки.

Угольные пласты часто залегают наклонно. Угол падения пласта иногда бывает более 90° (в случае опрокинутого залегания), тогда подошва пласта становится его кровлей. Такие пласты нередко эксплуатируются на угольных месторождениях Франции.

В случаях, когда пласт круто падает от места выхода на дневную поверхность, проводят наклонные подземные выработки. Если экономически рентабельный пласт не имеет удобного выхода, то выработка ведется по простиранию пород. Как правило, вскрытие месторождения наклонными выработками экономически целесообразно при длине не более 800 м.

Шахтные стволы.

Многие угольные месторождения удобнее всего вскрывать вертикальной выработкой – шахтным стволом. Стоимость строительства и эксплуатации шахтного ствола выше, чем штольни, но когда подземные водотоки пересекают угольный пласт в разных направлениях, суммарные расходы по эксплуатации месторождения могут оказаться ниже. Этот способ позволяет более рационально планировать горные работы; кроме того, шахтный ствол служит дольше, чем разрозненные штольни. Однако вентиляция и дренаж обходятся дороже, и приходится идти на затраты, связанные с подъемом угля.

Вскрытие угольных пластов шахтным стволом применяется при глубине их залегания более 45 м. В США глубина шахтных стволов редко превышает 300 м, в других угледобывающих странах она иногда достигает 1200 м, а в Индии и Южной Африке известны шахты глубиной более 4 км.

Системы подземной разработки.

При подземной разработке месторождений угля используют камерно-столбовую систему и разработку лавами, или длинными очистными забоями. В США более распространена камерно-столбовая разработка (ок. 65% всей подземной угледобычи), так как бóльшая часть разрабатываемых угольных пластов, особенно битуминозных углей, характеризуется значительной мощностью. В случае маломощных, сильнонарушенных и залегающих на большой глубине пластов предпочтительнее метод длинных очистных забоев. Камерно-столбовая разработка не очень экономична; обычно она обеспечивает извлечение лишь 50% имеющегося угля. Разработка длинными очистными забоями более безопасна и позволяет извлекать до 80% угля и более равномерно выдавать его на-гора.

Камерно-столбовая система разработки.

При такой системе в пласте проходят ряд камер, разделенных поддерживающими кровлю пласта целиками. После того, как очистные забои данного участка подвинуты в соответствии с планом, забойщики либо оставляют этот участок, либо ведут обратную проходку, производя выемку целиков с обрушением кровли позади себя. В некоторых случаях при подготовительной проходке камер вынимается всего лишь 10–15% угля.

Пласт обычно разбивается на большие блоки основными и вторичными группами камер, иногда называемыми забойным штреком, поперек которых проходят меньшие группы камер (участки и торцевые штреки). Участками называют фактический фронт добычи, поскольку целики основных и вторичных групп камер вынимаются редко.

Целики угля оставляются на месте на неопределенный срок в тех случаях, когда необходимость их сохранения диктуется состоянием кровли и почвы пласта или экологическими нормативами. Горнонадзорные инстанции не поощряют такую систему, так как при этом велики потери угля.

В некоторых случаях угольные целики под тяжестью огромного собственного веса и веса кровли вдавливаются в размягчающуюся глиняную почву пласта, вспучивая ее. Если почва и кровля сложены из твердых пород, то осадка кровли может приводить к раздавливанию целиков с выкрашиванием их в камеры. Иногда целики, находящиеся в таком состоянии, разрушаются мгновенно с выделением большой механической энергии (горный удар). Массовое разрушение целиков происходит редко, но если оно начинается, то его трудно остановить. Такой разрушительный процесс может охватить большую площадь и даже привести к полному обрушению шахты, в которой остаются засыпанными люди, уголь, материалы и оборудование. Правда, современные технические нормативы на целики в общем гарантируют предотвращение их массового разрушения.

Извлечение междукамерных целиков – вторая стадия выемки – ведется короткими заходками в обратном направлении. При правильном проведении не возникает опасности для жизни шахтеров, оказываются незначительными потери угля и материалов и снижается себестоимость добычи. Правда, если выемка целиков проводится на большой площади, то возможно оседание толщи горных пород над шахтным полем.

Разработка длинными очистными забоями.

При такой системе разработки ведется выемка большого блока угля с перемещением оборудования вдоль широкой поверхности забоя под непрерывной линией секций крепи. Целики не оставляются. Выемка производится либо прямым, либо обратным ходом. В том и другом случаях очистное пространство (у забоя) крепится стальными секциями по всей длине и крепь снимается после извлечения угля по всей выемочной панели. В процессе выемки кровля пласта обрушивается позади механической крепи.

Первоначально длинными забоями разрабатывались неглубоко залегающие пласты либо нарушенные пласты на глубине более 300 м, особенно на угольных шахтах Европы. В случае же умеренно глубоких горизонтальных пластов предпочтение отдавалось камерно-столбовой системе разработки. Затем в США для умеренно глубоких горизонтально залегающих пластов начали широко применять разработку длинными очистными забоями, поскольку она более безопасна для шахтеров и позволяет в 4–5 раз увеличить добычу угля.

Добыча антрацита.

В случае крутопадающих пластов антрацита проводят горизонтальные, часто извилистые, откаточные и вентиляционные выработки и непосредственно к пласту подводят подземные выработки, называемые углескатами. Антрацит после отбойки скатывается в направлении падения пласта самотеком. На узком конце углеската оставляется такое количество угля, чтобы его поверхность находилась на уровне, необходимом для работы шахтеров-взрывников. Шахтеры работают, стоя на поверхности размельченного угля, часть которого отбирается каждый раз по мере продвижения забоя. Таким образом, поверхность разрыхленного угля все время поддерживается на удобном расстоянии от забоя. Отбойка ведется пневматическими бурильными молотками или взрывным способом. Уголь столь тверд, что при прохождении зоны магазинирования (хранения) в камере мало крошится. При небольшом падении (наклоне) пласта шахтеры работают на подошве из твердых пород. Стальной желоб, по которому «течет» уголь, в нижней части снабжен секцией, подвешенной на шарнирах, при поднятии которой поток угля прерывается. Там, где из-за большой крутизны пласта размельченный уголь течет вниз слишком быстро, в почве и кровле вблизи воронкообразного устья углескатной выработки закрепляют стойки, сдерживающие напор. Если пласт недостаточно крут, то стальной желоб можно довести вверх почти до рабочей поверхности. Ранее уголь вручную проталкивали вниз; теперь же применяются вибрационные и другие конвейеры.

При малом наклоне пласта, где уголь не идет самотеком, шахтеры стоят на почве и зона магазинирования не нужна. Если же магазинирование необходимо, то по обе стороны камеры делают проходы с деревянной крепью. Один из них предназначен для людей, а другой служит обратным вентиляционным каналом и аварийным выходом. Когда камера полностью выработана, выемку целиков осуществляют буровзрывным способом, при котором уголь скатывается в нижнюю часть камеры.

Иногда уголь срывается с забоя без буровзрывной отбойки, после чего дальнейшая эксплуатация пласта невозможна. В таких случаях к забою через другую камеру или на большей высоте проводится новая выработка. Выемка целиков ведется без отбойки, так как они сами обрушиваются под давлением кровли. Однако при этом обрушивается и порода кровли, иногда в таком количестве, что эксплуатация становится убыточной, поскольку бóльшая часть добытого угля должна идти на обогатительную фабрику, где порода отделяется вручную или механически.

Добыча битуминозного угля.

Подземная разработка месторождений мягкого и рыхлого битуминозного и полубитуминозного углей может вестись с использованием сплошной системы, длинными очистными забоями. Для отбойки часто применяется буровзрывной способ. Каждый из них предусматривает определенный цикл операций выемки, погрузки, откатки угля и крепления кровли. Когда-то первой операцией была нижняя зарубка, выполнявшаяся ручными кайлами по всей ширине забоя. В настоящее время вруб производят машины, затем в забое бурят скважины для заложения в них взрывчатых веществ (ВВ).

Сплошная выемка.

Мощный горный комбайн отбивает уголь от массива на поверхности забоя, сваливает его на почву рабочего горизонта для погрузки другой машиной либо выгружает непосредственно в шахтные вагонетки, перемещающие уголь к месту погрузки на конвейер. После того, как выемка произведена по всей площади, комбайн подвигается к новой поверхности забоя; прежнее призабойное пространство крепится штангами анкерной крепи. Иногда используется и дополнительная крепь, если того требует состояние кровли пласта. Такой цикл повторяется от четырех до 12 раз за рабочую смену в зависимости от эффективности общей системы добычи. Стандартный участок сплошной выемки обслуживается в основном одним комбайном, одной машиной для монтажа анкерной крепи и двумя вагонетками. Возможен также расширенный вариант, в котором на участке работают два комбайна, одна или две машины анкерной крепи и три или четыре вагонетки. Такой метод весьма производителен и часто дает 2000–2500 т угля за смену.

Выемка длинными очистными забоями.

В механизированной системе длинного очистного забоя добычной комбайн с рабочим органом (баровым, барабанным) перемещается по ставу скребкового конвейера вдоль забоя. Отбиваемый уголь погружается лемехом комбайна непосредственно на конвейер, транспортирующий его через перегружатель к основной конвейерной системе. При производстве очередного вруба забойный конвейер прижимается к массиву угля гидравлическими домкратами, прикрепленными к стальным опорам механической крепи с перекрытием. Когда давление, прижимающее перекрытия крепи к кровле пласта, падает, домкраты передвигаются к подвинувшейся линии забойного конвейера и прижимаются к кровле на новом месте, а незакрепленная кровля позади перекрытия обрушается. Такая последовательность операций повторяется в прямом и обратном направлениях вдоль забоя, который может иметь протяженность до 300 м. Вся выемочная панель длинного забоя длиной до 3000 м может быть полностью разработана за полгода. При выемке длинными очистными забоями в среднем за смену добывается до 5000 т угля. Такая система может работать с применением программного управления, при этом требуются лишь два-три оператора на забой.

Буровзрывная выемка.

Последовательность операций состоит из собственно выемки (создание вруба, бурение и взрывная отбойка) и следующих за ней операций погрузки, откатки угля и крепления кровли. Сначала по площади забоя врубовый комбайн делает вруб шириной ок. 50 см на глубину 2–2,7 м, чтобы образовалась свободная поверхность. Вруб может быть проведен вверху, внизу, посредине или сбоку забоя; возможны также любые парные сочетания этих вариантов. Как правило, вруб, бурение, взрывная отбойка, погрузка угля и крепление кровли выполняются параллельно не менее чем в пяти забоях. Отдельные операции циклически повторяются в забоях участка.

РАЗРАБОТКА ОТКРЫТЫМ СПОСОБОМ

В тех случаях, когда угольный пласт залегает неглубоко и не перекрыт мощным слоем пустой породы, разработка ведется открытым способом. После удаления вскрыши начинаются буровзрывная отбойка угля и погрузка его в автосамосвалы или железнодорожные вагоны.

Вскрышные работы.

Вначале производят бурение с отбором керна для анализа твердости покрывающей породы, ее слоистости, трещиноватости и степени выветрелости. Если верхний слой породы тонкий и рыхлый, то вскрышные работы проводятся бульдозерами и скреперами; для удаления больших количеств вскрыши и угля применяются механические лопаты, драглайны и роторные экскаваторы в сочетании с более мелкими видами оборудования (см. также ЭКСКАВАТОР). Буровзрывные работы, как правило, требуются, когда имеется мощный слой твердой покрывающей породы или необходимы узкие и крутые заходки шириной 20–30 м.

Капитальная траншея.

Если рельеф плоский и пласт угля не выходит на поверхность, то вскрытие месторождения производится экскаватором, прокладывающим до горизонта угля капитальную траншею шириной ок. 20 м, которая может быть фланговой (вдоль одной из сторон контура карьера) или центральной. Вскрыша укладывается в отвал по периметру карьера. Иногда уголь, заваленный первой вскрышей, просто оставляется, так как его малое количество не оправдывает затрат на повторное удаление вскрыши. В других случаях вскрыша по мере ее выгрузки мощным экскаватором перемещается и разравнивается по большей площади бульдозерами, скреперами и малыми механическими лопатами для облегчения ее дальнейшего удаления. Поскольку механическая лопата, драглайн или роторный экскаватор стоят на расстоянии не менее 7–8 м от места, где ковш забирает разрыхленную взрывом вскрышу, а люди туда не допускаются, уступ такой капитальной траншеи может быть почти вертикальным. Здесь необходима особая техника взрывной отбойки, при которой порода не сбрасывается взрывом вниз, а разрыхляется таким образом, что легко вынимается ковшом экскаватора. Для этого заряды ВВ закладывают в скважины, пробуренные вертикально почти до горизонта угля или горизонтально на 1–1,5 м выше угольного пласта.

Для вскрытия глубоко залегающих пластов необходимо очень мощное оборудование, иначе работы будут убыточными. Используются дизельные и электрические лопаты любых требуемых размеров, которые могут забирать ковшом 225 т вскрышных пород и перемещать их на расстояние до 130 м. Для работы на крутых откосах уступа, идущих к пологому угольному пласту, используются драглайны. Самые крупные из них имеют объем ковша почти 120 м3 и перемещают на стреле породу на расстояние ок. 170 м на высоте 14-этажного дома. Гигантские экскаваторы способны перемещать до 2700 м3 породы в час на расстояние до 150 м. Такие машины могут работать на уступах высотой более 30 м.

Вскрышные работы в горных районах.

На склонах гор траншею, вскрывающую угольный пласт, обычно проходят по профилю склона. При этом используются те же машины, о которых говорилось выше. Другой возможный способ – снятие вершины горы с укладкой вскрыши в долине.

Транспортная проходка траншеи.

При разработке месторождений битуминозных углей траншеи проходят обычно бестранспортным способом, при котором вся порода из траншеи выкладывается экскаватором прямо на борта. При добыче антрацита чаще применяется транспортный способ, при котором вскрыша грузится в железнодорожные вагоны или автосамосвалы и перемещается на значительное расстояние от траншеи – в старые карьеры или на полностью выработанные участки того же месторождения. Такой способ позволяет за одну операцию, производимую с одного места, вскрывать несколько лежащих один над другим угольных слоев. Он дает возможность экономически эффективно разрабатывать пласты, залегающие на глубине до нескольких сотен метров.

Рекультивация отработанного карьера.

После отработки весь карьер представляет собой ряд длинных траншей, причем на поверхности часто оказывается подпочвенный слой, беспорядочно перемешанный с породой (почвенный слой хранится отдельно для последующего восстановления растительности). В карьерах часто образуются водоемы с оранжевой или ржавой (из-за повышенной кислотности) водой, которые должны быть изолированы от ближайших рек и озер. При продуманном планировании почвенный покров в местах расположения полностью выработанных карьеров может быть восстановлен, хотя и ценой значительных затрат. На некоторых участках после рекультивации земная поверхность может оказаться даже в лучшем состоянии, чем до вскрышных работ, и использоваться для выращивания сельскохозяйственных культур, выпаса скота, лесопосадок, создания зоны отдыха либо заповедника для диких животных и птиц.

Бурошнековая выемка.

В холмистой местности, где мощная вскрыша делает экономически невыгодной разработку пласта с поверхности, применяются бурошнековые комбайны. Огромные (до 2 м в диаметре) буры таких машин (одиночных, спаренных или строенных) врезаются в уступ по падению пласта. Отбитый уголь переносится шнеком и ссыпается на конвейер, перемещающий его к самосвалам. Таким методом можно вынимать до 25 т угля в минуту. Выбор комбайна зависит от протяженности угольного пласта, угла его падения и прочности окружающей породы.

В настоящее время существуют и используются дистанционно управляемые комбайны с фрезерной головкой для непрерывной выемки, лазерным направляющим устройством и непрерывно работающим транспортировочным конвейером. Комбайном управляет через компьютер оператор, находящийся за пределами подземной выработки.

ОПАСНЫЕ ФАКТОРЫ, СВЯЗАННЫЕ С ДОБЫЧЕЙ УГЛЯ

С угледобычей связаны такие опасные факторы, как обрушение кровли и стенок горных выработок, угольная пыль, выделение метана и других вредных газов, образующихся в процессе разработки. Воздействие многих из опасных факторов может быть исключено или существенно ослаблено при точном выполнении горнорудных нормативов, требований охраны труда и правил техники безопасности.

Взрывоопасность.

В угольных пластах выделяются разные газы: наиболее часто метан (CH4), реже сероводород (H2S) и углекислый газ (CO2). Эти газы редко оказываются причиной смерти или серьезных заболеваний. Исключение составляет взрывоопасный метан, правда, его взрывы происходят довольно редко. Для предупреждения взрывов метана и угольной пыли в угольных шахтах необходимо вести непрерывный контроль за содержанием метана в воздухе и обеспечивать удаление пыли из шахтных вентиляционных каналов. Взрывоопасна также смесь воздуха с метаном и угольной пылью, которая легко воспламеняется. При взрыве выделяется много тепла и образуется высокотоксичный угарный газ (CO). Кроме того, за счет горения уменьшается содержание кислорода в воздухе шахты и образуется избыток углекислого газа. Все это приводит к несчастным случаям, иногда со смертельным исходом.

Пожароопасность.

Каменный уголь, особенно с высоким содержанием летучих компонентов, довольно легко возгорается, даже если еще находится в пласте. При его горении образуются оксиды углерода, газообразные соединения серы и легковоспламеняющиеся газообразные углеводороды. Из-за сильного нагревания при пожаре (и воздействия воды, которая иногда применяется в системах пожаротушения) породы кровли растрескиваются и она обрушивается. Такие пожары могут приводить к гибели людей, главным образом вследствие обрушения кровли, удушья и взрывов образующихся газов. В настоящее время в основных вентиляционных каналах под землей монтируются специальные системы предупреждения пожаров, состоящие из детекторов оксида углерода или термодатчиков, связанных с компьютером через сеть, охватывающую все подземные выработки. Такая система позволяет обнаружить возгорание на самой ранней стадии. В выработанных шахтах остатки угля могут гореть годами и иногда даже необходима эвакуация жителей прилегающих населенных пунктов.

Профессиональные заболевания.

Шахтеры-угольщики чаще других подвержены заболеваниям органов дыхания, связанным с вдыханием угольной пыли. Среди шахтеров, проработавших 15–20 лет под землей, распространены пневмокониозы (антракоз, или «черные легкие», силикоз и др.) и эмфизема легких. Силикоз легких, вызываемый вдыханием частиц диоксида кремния, чаще встречается у шахтеров, работающих на антрацитовых шахтах. Статистические исследования профессиональных заболеваний шахтеров проводились в Великобритании, где была разработана модель влияния опасных факторов. В результате соблюдения установленной нормы содержания пыли в воздухе угольных шахт (не более 2 мг на 1 м3 воздуха и не более 5% SiO2) число летальных исходов и случаев полной инвалидности шахтеров сведено к минимуму. В России разработаны и давно введены в действие нормы по различным вредным факторам.

У шахтеров встречаются также нистагм (судорожное подергивание глазного яблока, связанное с поражением центральной нервной системы) и некоторые грибковые заболевания.

Экологические последствия.

Вследствие подземных горных работ может произойти оседание земной поверхности, которое можно предотвратить селективной выемкой угля, заполнением выработок пустой породой и другими материалами. Во многих странах действуют законы и федеральные программы по рекультивации местности после проведения горных работ, разработаны технологии заполнения выработанного пространства бытовыми и строительными отходами.

Если при проведении горных работ не выполняются горнорудные нормативы или требования по технике безопасности, возможны такие нежелательные последствия, как подземные пожары, пожары в отвалах, загрязнение водосборных бассейнов водами, содержащими кислоты, металлы или взвешенные твердые вещества, а также оползни неустойчивых откосов. Во многих странах, в том числе в США, действует ряд законов, охватывающих практически все стороны разработки угольных месторождений и предусматривающих осуществление в ходе горных работ непрерывного контроля, исключающего возможность нежелательных экологических последствий.

ОБОГАЩЕНИЕ УГЛЯ

Сортировка по крупности.

Добытый уголь поступает на углеобогатительную фабрику, где происходит его сортировка по крупности и обогащение. Товарный (обогащенный) уголь транспортируется к местам погрузки для отправки потребителям. Рядовой (необогащенный) уголь сначала подвергается грохочению – просеву через виброгрохоты с несколькими ситами разной ячеистости, затем очистке и обогащению. Известны классификации углей по крупности, например, битуминозного угля – «негабарит» (диаметром 12 см и более), «яйцо» (4 см), «орешек» (2 см), «горох» (1 см) и «мелочь»; антрацита – «печной» (6 см), «горох» (1 см), «зерно» (0,5 см), «рис» (менее 0,5 см) и «пыль». При разработке длинными очистными забоями обычно получают более мелкий рядовой уголь, чем при сплошной выемке.

Примеси и включения.

Уголь содержит микроскопические практически не отделимые минеральные примеси (связанные с растениями-углеобразователями), а также включения, легко удаляемые путем дробления с последующим обогащением.

Линзовидные включения образуют пирит (FeS2), марказит (тоже FeS2), карбонат свинца (PbCO3) и сульфид цинка (ZnS). Включения могут также иметь вид тонких прослоек или заполнять трещины и зоны дробления, идущие под углом к угольному пласту. Третий вид включений состоит в основном из песчаника, сланца и кальцита (CaCO3). Уголь, добываемый в подземных выработках, часто содержит примеси из почвы выработки и пород кровли, которые шахтер обязан удалять на всех (кроме круторасположенных) рабочих местах.

Мокрое обогащение.

Наиболее распространены системы обогащения, основанные на различии в плотности чистого угля (1,4 г/см3 и менее), который почти всегда легче примесей (более 2,0 г/см3) и поэтому держится у поверхности интенсивно перемешиваемой воды, тогда как более тяжелые примеси оседают. Этот процесс осуществляется в отсадочных машинах или других устройствах гравитационного обогащения, в которых обрабатываются смеси промежуточной плотности.

С появлением усовершенствованного обогатительного оборудования существенно уменьшились трудности сортировки по крупности. Водные суспензии песка или оксидов железа с плотностью, промежуточной между плотностями угля и примесей, обеспечивают более эффективное обогащение, чем чистая вода. Сортировка по крупности, хотя это и трудоемкая операция, всегда необходима; зачастую для каждой градации крупности предусматривается своя обогатительная машина.

Обогащение в отсадочной машине.

В отсадочной машине вода поднимается через сито, на которое медленно поступает уголь. Товарный уголь уносится потоком. Расположенный ниже более загрязненный материал после выгрузки идет в отвал. Самые тяжелые примеси, главным образом мелкий пирит, проваливаются через отверстия сита в сборную емкость и механически выгружаются из нее.

Песчаная сепарация.

В тех случаях, когда для образования тяжелой суспензии применяется песок, обогащение осуществляется в большом стационарном сепараторном конусе, вращающиеся лопасти которого приводят в движение воду с песком и углем (крупность угля 0,6 см и более). Товарный уголь собирается в верхней части конуса, а загрязненный опускается в нижний цилиндр, где периодически выгружается по выводящему лотку. Песчаная фракция отделяется мокрым грохочением для повторного использования в установке.

Обогащение в тяжелой среде.

Это самый распространенный метод обогащения угля. В качестве тяжелой среды используется водная суспензия порошка магнетита с плотностью, необходимой для обогащения угля крупностью 0,6 см и более. Товарный уголь оказывается на поверхности и выводится через пороговое устройство или транспортируется ленточным конвейером, отходы выгружаются из нижней части установки. Магнетит отделяется мокрым грохочением и извлекается из воды магнитными сепараторами. Товарный уголь сушится на виброситах и выгружается на ленточный конвейер.

Циклон с тяжелой средой.

В циклоне обогащение осуществляется за счет центробежных сил, превышающих нормальное ускорение силы тяжести. При этом товарный уголь собирается сверху, отходы – в нижней части. Магнетит улавливается так же, как описывалось выше. Уголь разной крупности обогащается в циклонах разного диаметра.

Концентрационный стол

совершающая быстрое возвратно-поступательное движение гофрированная наклонная плоскость, поверх которой течет вода, несущая уголь (крупностью 0,6 см и менее). Более чистый уголь легко преодолевает выступы гофров и быстро отделяется от пустой породы, которая движется по желобу в боковом направлении и собирается на периферии стола. Не содержащие угля примеси (пирит, кальцит и др.) концентрируются на еще более удаленном участке. Существуют разные модификации и более сложные варианты концентрационных столов для обогащения углей, требующих особой обработки.

Пенная флотация.

В этом методе, используемом для обогащения мелкого угля, частицы угля, обработанные гидрофобным флотационным реагентом, захватываются воздушными пузырьками пены и всплывают с ними на поверхность. Пустая гидрофильная порода оседает на дне.

Отделение от воды осуществляется грохочением крупного угля, центрифугированием угля средней крупности и фильтрованием или сушкой мелкого. См. также РУДЫ ОБОГАЩЕНИЕ.

Использование угля.

В прошлом уголь применялся в основном для отопления жилищ и в топках паровозов. В настоящее время возросло его использование для производства электроэнергии, а также для производства кокса в сталелитейной промышленности. Из летучих веществ, выделяющихся из угля при производстве кокса, получают каменноугольный деготь, легкие масла, химикаты, газ и проч. Эти компоненты служат основой для изготовления большого числа различных веществ, включая лекарства, консерванты, красители, растворители красок, нейлон, чернила, взрывчатые вещества, удобрения, инсектициды и пестициды.

Разрабатывают методы превращения угля в горючие газы под землей без его извлечения (подземная газификация). Значительный интерес также представляет возможность производства электроэнергии посредством химических реакций с использованием угля. См. также ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ РЕСУРСЫ; ТОПЛИВО.

Откуда поступает наш уголь

Откуда Соединенные Штаты получают уголь

В 2019 году в 23 штатах США было добыто около 706 миллионов коротких тонн угля. Открытые шахты были источником 62% общей добычи угля в США и составляли 65% от общего количества шахт. Около 0,5 млн тонн, или менее 0,1% от общего объема добычи угля, приходилось на уголь из отходов.

  • Вайоминг 39,2%
  • Западная Вирджиния 13.2%
  • Пенсильвания 7,1%
  • Иллинойс 6,5%
  • Кентукки5,1%

Уголь в основном находится в трех регионах: угольный регион Аппалачей, внутренний угольный регион и западный угольный регион (включая бассейн Паудер-Ривер).

Две крупнейшие угольные шахты в Соединенных Штатах - это шахты North Antelope Rochelle и Black Thunder в Вайоминге. Вместе эти две шахты произвели 22% от общего количества урана.S. Добыча угля в 2019 году. Одна только шахта North Antelope Rochelle произвела больше угля в 2019 году, чем совокупная общая добыча угля в штатах Иллинойс и Кентукки, которые являются соответственно четвертым и пятым по величине угледобывающими штатами.

Нажмите для увеличения

Факты и данные по каждому угледобывающему региону за 2019 год

  • В угольный регион Аппалачей входят Алабама, Восточный Кентукки, Мэриленд, Огайо, Пенсильвания, Теннесси, Вирджиния и Западная Вирджиния.
  • Около 27% угля, добываемого в Соединенных Штатах, поступает из угольного региона Аппалачей.
  • Западная Вирджиния - крупнейший угледобывающий штат в регионе и второй по величине угледобывающий штат в Соединенных Штатах.
  • Подземные шахты поставляют 78% угля, добываемого в регионе Аппалачи.
  • Подземные шахты в регионе Аппалачи произвели 56% от общего объема добычи угля в подземных шахтах США.
  • Внутренний угольный регион включает Арканзас, Иллинойс, Индиану, Канзас, Луизиану, Миссисипи, Миссури, Оклахому, Техас и Западный Кентукки.
  • Около 18% всего угля в США было добыто во Внутреннем угольном регионе.
  • Иллинойс был крупнейшим производителем угля во Внутреннем угольном регионе, на его долю приходилось 36% добычи угля в регионе и 6% от общей добычи угля в США.
  • Подземные шахты обеспечивали 64% добычи угля в регионе, открытые шахты - 36%.
  • Западный угольный регион включает Аляску, Аризону, Колорадо, Монтану, Нью-Мексико, Северную Дакоту, Юту, Вашингтон и Вайоминг.
  • Около 55% всей добычи угля в США было добыто в Западном угольном регионе.
  • Вайоминг, крупнейший угледобывающий штат в США, произвел 39% от общего объема добычи угля в США и 72% угля, добываемого в Западном угольном регионе.
  • Шесть из десяти крупнейших угледобывающих шахт США находились в Вайоминге, и все эти шахты являются открытыми.
  • Шахты добывают 91% угля в Западном угольном регионе.

Последнее обновление: 9 октября 2020 г.

Simple English Wikipedia, бесплатная энциклопедия

Кусок битуминозного угля Кусок высококачественного антрацитового угля

Уголь - это твердая порода, которую можно сжигать как твердое ископаемое топливо. В основном это углерод, но также он содержит водород, серу, кислород и азот. Это осадочная порода, образованная из торфа под давлением горных пород, отложившихся позже на вершине.

Торф и, следовательно, уголь, образуются из остатков растений, которые жили миллионы лет назад в тропических водно-болотных угодьях (угольных болотах), например, в позднем каменноугольном периоде (Пенсильванский период).Также из дерева, нагретого в безвоздушном пространстве, можно получить древесный уголь, который похож на уголь.

Уголь можно сжигать для получения энергии или тепла. Около двух третей добываемого сегодня угля сжигается на электростанциях для производства электроэнергии. Как и в случае с нефтью, при сжигании угля его углерод соединяется с кислородом воздуха и образует много углекислого газа, что вызывает изменение климата. Из-за этого и других загрязнений воздуха углем большинство стран обращаются к новым источникам энергии, таким как солнечная энергия. Но новые угольные электростанции все еще строятся в некоторых частях мира, например, в Китае.

Уголь можно обжигать (нагревать до очень высокой температуры в месте, где нет кислорода) для получения кокса. Кокс можно использовать при плавке для восстановления металлов из руд.

Британские угольные месторождения в девятнадцатом веке.

Уголь был самым важным топливом промышленной революции. [1] Уголь был важной частью железнодорожных перевозок в Великобритании в 20-м веке, составляя большую часть объема грузовых перевозок нескольких компаний. В начале 21 века большинство угольных электростанций в Соединенном Королевстве и некоторых других странах были закрыты для сокращения выбросов парниковых газов.

Различные виды угля и способы их образования [изменить | изменить источник]

В подходящих условиях растительный материал шаг за шагом превращается в

  1. Торф - это еще не уголь.
  2. Бурый уголь (бурый уголь) является самым грязным углем, содержит около 60-70% углерода и используется в качестве топлива для выработки электроэнергии. Гагат - это компактная форма бурого угля, который иногда полируется и долгое время использовался в качестве поделочного камня.
  3. Полубитуминозный уголь используется в качестве топлива для пароэлектроэнергетики.Кроме того, он является источником легких ароматических углеводородов для промышленности химического синтеза.
  4. Битуминозный уголь представляет собой плотную породу черного, но иногда темно-коричневого цвета. Это относительно мягкий уголь, который легко и быстро ломается и горит. Его используют в качестве топлива на электростанциях, а также для производства тепла и электроэнергии, в кузнечном деле; и сделать кокс.
  5. Энергетический уголь когда-то широко использовался в качестве топлива для паровозов. В этом специализированном использовании он иногда известен как морской уголь в U.S. [2] Мелкий энергетический уголь ( сухие небольшие паровые гайки или ДССН) использовался в качестве топлива для нагрева воды для бытовых нужд.
  6. Антрацит - более твердый глянцевый черный уголь. Он дольше горит и используется в основном для отопления жилых и коммерческих помещений.
  7. Графит плохо поддается горению и не так широко используется в качестве топлива. Он до сих пор используется в карандашах, смешанных с глиной. [3] В порошкообразном виде может использоваться в качестве смазки.

Принято считать, что конечным результатом этого процесса является алмаз, но это не так.Алмаз - это углерод, но он не образуется из угля.

Уголь содержит примеси. Конкретные примеси определяют использование. Коксующийся уголь содержит мало золы, серы или фосфора. Это испортит железо, сделанное в доменной печи.

Сжигание угля приводит к значительному загрязнению воздуха

Уголь при сжигании выделяет почти на треть углекислого газа на единицу энергии, чем нефть, и на 80% больше, чем природный газ. Почти половина углекислого газа, выделяемого людьми, образуется в результате сжигания угля, поэтому это самая большая причина глобального потепления. [4] Уголь способствует образованию кислотных дождей и смога, особенно при сжигании без скрубберов. При сжигании угля выделяются токсичные химические вещества, включая сажу, ртуть и окись углерода, которые способствуют возникновению таких заболеваний, как рак и астма, как у людей, так и у диких животных. Добыча угля, особенно горная добыча, может нанести ущерб значительным территориям и разрушить естественную среду обитания. Более высокие сорта угля горят более чисто, чем более низкие сорта, хотя они по-прежнему загрязняют больше, чем другие виды топлива. Помимо загрязнения воздуха, при сжигании угля образуется токсичная угольная зола, которая может вызвать загрязнение воды, если она случайно попадет в окружающую среду.По всему миру горит несколько подземных горных пожаров. Эти подземные пожары выделяют в воздух токсичный дым, а также могут вызвать обрушение земли наверху. Город Централия, штат Пенсильвания, был эвакуирован и в настоящее время заброшен из-за пожара в подземной угольной шахте.

Смерти и болезни в результате загрязнения [изменить | изменить источник]

Трудно дать точные цифры воздействия угля на здоровье. Утверждается, что из-за угля каждый год более 800 000 человек умирают раньше времени и миллионы людей заболевают. [5] Шахтеры часто болеют пневмокониозом (заболеванием черного легкого) от воздействия угольной пыли.

Домики на деревьях в знак протеста против вырубки части леса Хамбах для карьера Хамбах в Германии: после чего вырубка была приостановлена ​​в 2018 году

Противодействие загрязнению углем было одной из основных причин, по которым современное экологическое движение возникло в 19 веке.

Пик угля означает год, в который добывается или сжигается большая часть угля. Многие страны уже миновали годы своего пика добычи угля, например, Германия в 1985 году и США в 2008 году.Теперь эти страны добывают и сжигают меньше угля. Но Китай по-прежнему добывает много угля и помогает нескольким странам, таким как Пакистан, [6] добывать больше угля и строить больше угольных электростанций. Итак, пиковый год добычи угля для мира мая прошел. [7]

По сравнению с другими невозобновляемыми источниками энергии уголь неэффективен и производит большое количество парниковых газов. Уголь можно найти и дешево.

  • Уголь обеспечивает около четверти мировых потребностей в отоплении. [8]

Электроэнергия [изменить | изменить источник]

Промышленность [изменить | изменить источник]

  • Почти 70% мирового производства стали зависит от сжигания угля. [8]

Крупнейшим производителем угля в мире является Китай, который производит около 4 миллиардов тонн угля в год, за ним следуют Индия, США, Австралия, Индонезия и Россия с объемом добычи менее миллиарда тонн каждая. [9] Самым крупным экспортером на сегодняшний день является Австралия, а крупнейшими импортерами - Китай, Индия и Япония.

В некоторых культурах Санта-Клаус приносит уголь непослушным детям на Рождество. Эта легенда восходит к викторианским временам, когда в камине обычно сжигали уголь, а не дрова. Детям, которые не получали игрушек, по крайней мере, давали уголь, чтобы согреться.

Викискладе есть медиафайлы, связанные с Уголь .

Откуда взялась Эбола?

В некоторых частях Африки мифы о том, что Эбола была принесена в регионы медицинскими работниками, повредили их способности реагировать на вспышку.Но откуда на самом деле возникла Эбола?

Истинный резервуар Эболы - то есть место, где вирус скрывается, когда он не вызывает вспышек среди людей - точно не известно, но эксперты говорят, что летучие мыши являются вероятным источником смертельного вируса.

«Есть веские косвенные доказательства, но на самом деле у нас нет полного дымящегося пистолета», - сказал Дерек Гатерер, исследователь биоинформатики из Ланкастерского университета в Великобритании. [Вспышка Эболы в 2014 году: полный охват вирусной эпидемии]

Первые известные случаи заболевания людей Эболой произошли в 1976 году во время двух одновременных вспышек в Судане и Демократической Республике Конго, в результате которых, по данным World, заболели более 600 человек. Организация здравоохранения.

Почти 20 лет спустя, в 2005 году, исследователи, ищущие резервуар Эболы, взяли образцы более чем 1000 мелких животных в центральноафриканских странах Габон и Республика Конго, которые также испытали вспышки Эболы. Они протестировали 679 летучих мышей, 222 птицы и 129 мелких наземных позвоночных.

Единственными животными, у которых был обнаружен вирус Эбола, были летучие мыши, а именно три вида фруктовых летучих мышей: летучая мышь с головой молотка, летучая мышь с эполетом Франке и маленькая летучая мышь с воротником.[10 смертельных болезней, распространенных среди разных видов]

По крайней мере два из этих видов плодовых летучих мышей также встречаются в Гвинее, где началась нынешняя вспышка Эболы в Западной Африке, поэтому вполне возможно, что эти летучие мыши были источниками вспышки, Собиратель сказал Live Science.

Исследователи из Гвинеи сейчас отбирают пробы у летучих мышей в этом регионе, чтобы узнать, есть ли положительный результат теста на Эболу, сказал Gatherer. По данным Всемирной организации здравоохранения, от нынешней вспышки заболело более 5000 человек, из них более 2600 человек умерли.

Если источником вируса являются летучие мыши, то одним из способов заражения людей является обращение с летучими мышами, которых едят в пищу, сказал Собиратель. Например, суп из летучих мышей - деликатес в этом регионе.

Должностные лица в Гвинее предприняли шаг, запретив потребление и продажу летучих мышей в марте, после начала вспышки, сказал он.

Но не обязательно употребление пищи само по себе приводит к заражению вирусом Эбола - приготовление пищи, вероятно, убьет вирус, сказал Собиратель. Вместо этого, по его словам, более рискованными являются разделка летучих мышей и обращение с сырым мясом летучих мышей.

Тем не менее, доподлинно неизвестно, являются ли летучие мыши единственными резервуарами вируса или же это заражение летучих мышей, которое передается людям, сказал Гатерер.

Более веские аргументы в пользу летучих мышей как источника инфекции могут быть получены, если исследователи обнаружат одну и ту же генетическую последовательность для вируса Эбола у людей и у летучих мышей в этом регионе, сказал Гатерер.

Есть некоторые свидетельства того, что Эбола не является вирусом, который всегда переносится летучими мышами, а вызывает вспышку среди летучих мышей, то есть распространяется среди популяций летучих мышей.

Изучив генетический материал вируса, исследователи обнаружили, что тот же самый вирус Эбола передавался от летучих мышей в Центральной Африке к летучим мышам в Западной Африке за последние 10 лет, сказал Гатерер.

Вирус мог быть перенесен летучими мышами или людьми, но если бы он был передан людьми, исследователи ожидали бы увидеть случаи заражения на этом пути, сказал Гатерер.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *