Образование бурого и каменного угля. Уголь каменный: свойства. Каменный уголь: происхождение, добыча, цена

Город призрак без угля. Таковым стал японский Хасима. В 1930-е его признали самым густонаселенным.

На крошечном клочке земли уместились 5 000 человек. Все они работали на угольном производстве.

Остров оказался буквально сложенным из каменного источника энергии. Однако, к 1970-ым запасы угля истощились.

Уехали все. Остался лишь перерытый остров и постройки на нем. Туристы и японцы зовут Хасиму призраком.

Остров наглядно показывает важность каменного угля, невозможность человечества жить без него. Альтернативы нет.

Есть только попытки ее найти. Поэтому, уделим внимание современному герою, а не туманным перспективам.

Описание и свойства каменного угля

Каменный уголь – это горная порода органического происхождения. Это значит, что камень образован из разложившихся остатков растений, животных.

Чтобы они сформировали плотную толщу, требуется постоянное накопление и спрессовывание. Подходящие условия на дне водоемов.

Там, где есть месторождения каменного угля , когда-то были моря, озера. Отмершие организмы опускались на дно, придавливались толщей воды.

Так образовывался торф. Каменный уголь – последствие его дальнейшего сжатия под давлением уже не только воды, но и новых слоев органики.

Основные запасы каменного угля относятся к эре Палеозоя. С ее окончания минуло 280 000 000 лет.

Это эра гигантских растений и динозавров, обилия жизни на планете. Не удивительно, что именно тогда органические отложения накапливались особенно активно.

Чаще всего, уголь образовывался в болотах. В их водах мало кислорода, что препятствует полному разложению органики.

Внешне залежи каменного угля напоминают обгоревшую древесину. По химическому составу порода является смесью углеродных ароматических соединений высокомолекулярного типа и летучих веществ с водой.

Минеральные примеси незначительны. Соотношение компонентов не стабильно.

В зависимости от преобладания тех, или иных элементов, выделяют виды каменного угля . К основным относится бурый и антрацитовый.

Бурая разновидность каменного угля насыщенна водой, а посему, отличается низкой теплотой сгорания.

Получается, в качестве топлива порода не годиться, как каменная. И бурый уголь нашел иное применение. Какое?

Этому будет уделено отдельное внимание. Пока же, разберемся, почему водонасыщенную породу зовут бурой. Причина в цвете.

Уголь коричневатый, без , рыхлый. С геологической точки зрения массу можно назвать молодой. То есть, в ней не завершены процессы «брожения».

Поэтому, у камня низкая плотность, при сгорании образуется много летучих веществ.

Ископаемый каменный уголь антрацитового типа – полностью сформировался. Он плотнее, тверже, чернее, блестит.

Чтобы бурая порода стала такой, требуются 40 000 000 лет. В антраците велика доля углерода – около 98%.

Естественно, что теплоотдача у черного угля на высоте, а значит, камень можно использовать в качестве топлива.

Бурый вид в этой роли используют лишь для обогрева частных домов. Им не нужны рекордные показатели энергии.

Нужна лишь простота обращения с топливом, а антрацит в этом плане проблемен. Разжечь каменный уголь непросто.

Производственники, железнодорожники, приноровились. Трудозатраты стоят того, ведь антрацит не только энергоемок, но и не спекается.

Каменный уголь – топливо , от сгорания которого остается зола. Из чего она, если органика переходит в энергию?

Помните заметку о минеральной примеси? Именно неорганическая составляющая камня и остается на дне .

Немало золы осталось и на китайском месторождении в провинции Люхуангоу. Залежи антрацита там горели без малого 130 лет.

Пожар потушили лишь в 2004-ом году. Каждый год сгорали 2 000 000 тонн породы.

Вот и посчитайте, сколько каменного угля пропало даром. Сырье могло пригодиться не только в качестве топлива.

Применение каменного угля

Уголь называют солнечной энергией, заключенной в камень. Энергию можно преобразовывать. Она не обязательно должна быть тепловой.

Энергию, получаемую при сгорании породы, переводят, к примеру, в электричество.

Температура сгорания каменного угля бурого типа чуть не доходит до 2 000 градусов. Дабы получить электричество из антрацита, потребуется уже около 3 000 по шкале Цельсия.

Если же говорить о топливной роли угля, он используется не только в чистом виде.

В лабораториях из органической породы научились получать жидкое и газообразное топливо, а на металлургических заводах уже давно пользуются коксом.

Он получается при нагреве каменного угля до 1 100 градусов без доступа кислорода. Кокс – бездымное топливо.

Важна для металлургов и возможность применения брикетов в роли восстановителей руды. Так, кокс пригождается при отливке чугуна.

Кокс применяют и в качестве разрыхлителя шихты. Так именуют смесь исходных элементов будущего .

Будучи разрыхленной коксом, шихта легче переплавляется. Кстати, некоторые компоненты для тоже получают из антрацита.

В качестве примесей в нем могут содержаться германий и галлий – металлы редкие и мало где еще встречающиеся.

Каменный уголь купить стремятся, так же, для производства композиционных материалов углеграфитового толка.

Композитами называют массы из нескольких составляющих, с четкой границей между ними.

Искусственно созданные материалы применяют, к примеру, в авиации. Здесь композиты увеличивают прочность деталей.

Карбоновые массы выдерживают, как очень высокие, так и низкие температуры, используются в стойках опоры контактных сетей.

А вообще, композиты прочно вошли уже во все сферы жизни. Железнодорожники устилают ими новые платформы.

Из наномодифицированного сырья делают опоры строительных конструкций. В медицине с помощью композитов предлагают заполнять сколы на костях и прочие повреждения, не подлежащие металлическому протезированию. Вот какой каменный уголь многоликий и многофункциональный.

Химики разработали метод получения из угля пластмасс. При этом, не пропадают отходы. Низкосортная фракция прессуется в брикеты.

Они служат топливом, которое подходит, как для частных домов, так и производственных цехов.

В топливных брикетах остается минимум углеводородов. Они, собственно, и есть самок ценное в угле.

Из него можно получить чистые бензол, толуол, ксилолы, куморановые смолы. Последние, к примеру, служат основой для лакокрасочной продукции и такого материала внутренней отделки помещений, как линолеум.

Часть углеводородов ароматические. Людям знаком запах нафталина. Но, немногие знают, что производят его из каменного угля.

В хирургии нафталин служит антисептиком. В домашнем хозяйстве вещество борется с молью.

Кроме того, нафталин способен защитить от укусов ряда насекомых. Среди них: мухи, оводы, слепни.

В общей сложности, уголь каменный в мешках закупают для производства более чем 400-от видов продукции.

Многие из них – побочные товары, получаемые на коксохимическом производстве.

Интересно, что стоимость дополнительных линий, как правило, больше, чем у кокса.

Если же рассматривать среднюю разницу между каменным углем и товарами из него, она составляет 20-25 раз.

То есть, производство весьма выгодное, быстро окупается. Поэтому, неудивительно, что ученые ищут все новые и новые технологии переработки осадочной породы. На растущий спрос должно быть предложение. Ознакомимся с ним.

Добыча каменного угля

Месторождения угля называют бассейнами. В мире их свыше 3 500. Общая площадь бассейнов – около 15% от суши. Больше всего угля в США.

Там сосредоточенны 23% от мировых запасов. Каменный уголь в России – это 13% общих запасов. у Китая. В его недрах сокрыто 11% породы.

Большинство из них – антрациты. В России соотношение бурого угля к черному примерно одинаково. В США преобладает бурый вид породы, что снижает значение залежей.

Не смотря на обилие бурого угля, месторождения США поражают не только объемами, но и масштабами.

Запасы одного только Аппалачского каменноугольного бассейна составляют 1 600 миллиардов тонн.

В самом крупном бассейне России, для сравнения, хранятся лишь 640 миллиардов тонн породы. Речь о Кузнецком месторождении.

Оно находится в Кемеровской области. Еще пара перспективных бассейнов обнаружены в Якутии и Тыве. В первом регионе залежи назвали Эльгинскими, а во втором – Элегетскими.

Месторождения Якутии и Тывы относятся к закрытому типу. То есть, порода находиться не у поверхности, на глубине.

Нужно строить шахты, штольни, стволы. Это поднимает цену каменного угля . Но, масштабы залежей стоят затрат.

Что же касается Кузнецкого бассейна, в нем работают по смешенной системе. Около 70% сырья извлекают с глубин гидравлическим способом.

30% угля добывают открыто, используя бульдозеры. Их достаточно, если порода залегает у поверхности, а прикрывающие слои рыхлые.

Открыто уголь добывают и в Китае. Большинство месторождений КНР находятся далеко за пределами городов.

Однако, это не помешало одной из залежей доставить неудобства населению страны. Это произошло в 2010-ом.

Пекин резко увеличил запросы на уголь из Внутренней Монголии. Она считается провинцией КНР.

В путь отправилось столько грузовиков с товаром, что 110-е шоссе встало почти на 10 дней. Пробка началась 14-го августа, а рассосалась лишь 25-го.

Правда, не обошлось и без проведения дорожных работ. Грузовики с углем усугубили ситуацию.

110-е шоссе относится к дорогам государственного значения. Так что, не только уголь в пути задержался, но и прочие контракты оказались под угрозой.

В можно найти ролики, где водители, ехавшие в августе 2010-го по шоссе, сообщают, что 100-километровый отрезок преодолевали около 5-ти дней.

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.

Для отопления домов издавна использовалась древесина, но чтобы постоянно поддерживать горение необходимо подкладывать поленья снова и снова. С развитием угледобывающей промышленности все больше людей стало использовать каменный уголь: он дает больше тепла, горит дольше. При правильной закладке печи порция угля, засыпанного в котел с вечера, будет поддерживать стабильную температуру всю ночь.

История образования каменного угля и его виды

Весь процесс образования угля можно разделить на два основных этапа: формирование торфа и собственно процесс углефикации – преобразования торфа в уголь.

Торф формировался на обширных покрытых водой пространствах из растительных остатков разной степени разложения. Часть растений перегнивала полностью до гелеобразного состояния, часть - сохраняла свое клеточное строение. Их остатки скапливались на дне водоемов, которые постепенно превращались в болота. Обязательное условие, необходимое для формирования торфа, - отсутствие кислорода. Под толщей воды кислорода было мало, при разложении остатков выделялся сероводород, метан и углекислота, которые способствовали затвердению остатков. Образовывался торф.

Но не все торфяники преобразовывались в уголь. Для процесса углефикации необходимо: высокое давление, высокая температура и большой промежуток времени. В зависимости от наличия этих условий и происходило или нет образование каменного угля. Сначала торф заносился осадочными породами, что увеличивало давление и повышало температуру внутри торфяного слоя. В таких условиях образовывался бурый уголь – первая ступень углефикации. В некоторых областях происходило смещение пластов, в результате которых пласты бурого угля опускались (некоторые из обнаруженных месторождений находятся на глубине более 6000 метров). Местами эти процессы сопровождались подъемом магмы и извержениями вулканов. Высокое давление, отсутствие кислорода и высокие температуры способствовали тому, что влаги и природных газов в буром угле становилось все меньше, углерода все больше. По мере вытеснения воды и газов, бурый уголь превращался в битуминозный, затем, при наличии высокой температуры, в антрацит. Основное отличие бурого угля от каменного: в буром угле содержится больше влаги и природных газов и меньше углерода, что влияет на количество выделяемого при горении тепла.

Сегодня возраст угольных залежей определяется по растительным остаткам. Самые древние датируются каменноугольным периодом (345-280 миллионов лет назад). В это период сформировалось большая часть угольных бассейнов северной Америки (восток и центр США), центра и запада Европы, юга Африки, Китая, Индии. В Евразии большая часть угольных месторождений формировалась в Пермский период, некоторая часть небольших угольных бассейнов в Европе датируется Триасовым периодом. Увеличивается активность углеобразования к концу Юрского периода и в Меловом. Примерно в это время были сформированы залежи на востоке Европы, в Скалистых горах Америки, в Индокитае и центре Азии. Позже формировались в основном бурые угли и залежи торфа.

Виды угля

Уголь классифицируют в зависимости от содержания влаги, природных газов и углерода. С повышение количества углерода повышается его теплотворная способность. Чем меньше влаги и летучих веществ (газов), тем лучше он переносит хранение и транспортировку.

Лигнит - уголь первой стадии углефикации. Он отличается от бурого угля меньшим количеством воды (45%) в составе и большим выделением тепла. Структуру имеет волокнистую, цвет - от коричневого до черного (более высокого качества). Чаще всего используется в энергетике (на теплоэлектростанциях) для отопления частных домов используется редко, так как плохо хранится и имеет невысокую теплотворную способность в обычных печах.

Суббитоминозный уголь - цвет черный, менее выраженная волокнистая структура, более высокая по сравнению с лигнитом теплотворность, меньшее содержание влаги (30%). При перевозке крошится, а на открытом воздухе выветривается. При сгорании выделяет 5-6 кВт/кг. Используется как в энергетике, так и в ЖКХ для отопления.

Битуминозный уголь отличается самой высокой теплотворной способностью, не теряет своих качеств при транспортировке и хранении. Выделяет при горении 7-9 кВт/кг тепла. Некоторые его виды используют для коксования.

Антрацит - уголь смоляно-черного цвета. Отличается самым высоким содержанием углеводорода. Его тяжело разжечь, но горит долго и без копоти, выделяет большое количество тепла (более 9 кВт/кг). Именно антрацит чаще других используется для отопления.

Какой уголь используют для отопления

В России и странах СНГ действует система, принятая еще в 1988 году. Классифицируют уголь согласно ГОСТ 25543-88, который подразделяется на 7 категорий. Для отопления используют только некоторые:

Длиннопламенный уголь (Д). Свое название получил благодаря длительному процессу горения с выделением большого количества тепла (5600-5800 ккал/кг). Для его розжига и горения не требуется специального обдува, потому длиннопламенные угли часто используются в бытовых котлах на твердом топливе. В зависимости от размеров бывает:

• ДПК - плитный крупный - размеры кусков 50-200 мм;
• ДПКО - плитный кулак-орех - размеры кусков 25-100 мм;
• ПО - орех - 26-50 мм;
• ДМ - мелкий - размеры 13-25 мм;
• ДС - семечка - 6-13 мм;
• ДР - рядовой - нет стандартных размеров.

Длиннопламенный уголь - оптимальный для отопления: пламя длинное (похожее «выдают» дрова), выделяется много тепла, разжигается и горит легко - для нормального горения достаточно естественной тяги. Относительно невысокая его стоимость в сочетании с отличными характеристиками и обусловили популярность этой марки угля. Его закупают не только для отопления частных домов, но и для котельных образовательный и медицинских учреждений. Причем используется топливо любой фракции: от крупных «К» до мелких «М».

Длиннопламенный газовый (ДГ). Отличается от марки Д большей теплотворной способностью. Используют для отопления частных домов все фракции: от «крупный» до «рядовой». Более требователен чем длиннопламенный к условиям хранения, т.к. более интенсивно выветривается.

Антрацит (А). Выделяет много тела, имеет малую зольность (зольный остаток 10%), горит долго и ровно, дым при горении - белый (все остальные марки «дают» черный дым). Несмотря на высокие показатели однозначно рекомендовать его для отопления частных домов нельзя: антрацит имеет высокую стоимость и его тяжело разжигать.

В некоторых случаях покупают тощие угли «Т», жирные «Ж» или слабоспекающиеся «СС». Остальные классы имеют преимущественно промышленное использование. Их используют в энергетике и металлургии, некоторые марки для коксования и обогащения. При выборе угля нужно обращать внимание не только на его характеристики, но и на стоимость доставки. Если в вашем регионе не продают длиннопламенный или антрацит, то скорее всего вам придется обходится тем, что представлен на рынке. Обращать внимание нужно и на рекомендации производителей вашего котла: в документах обычно указываются марки, под которые проектировалось оборудование. Их и нужно использовать.

Для повышения комфортности и в целях экономии многие предпочитают иметь несколько фракций: растапливать удобнее фракцией «орех» или «крупный», а на длительное горение засыпать «семечко». На самые холодные периоды запасают некоторое количество антрацита, который хоть и тяжело разжигается, но в разогретом котле горит долго и жарко.

Коксующий и обогащенный угли проходят специальную обработку для увеличения теплотворной способности. Используются эти виды в металлургии и энергетике. Для бытовых котлов такое топливо не подходит: из-за чрезмерно высокой температуры горения печь может разорвать.

Если послушать людей с опытом, то говорят, лучший эффект дает следующая последовательность засыпки топлива в котел: растопить длиннопламенным, затем засыпать антрацита фракции «орешек» - он долго горит вы дает много тепла, а на ночь печь добавить «семечки», которая будет гореть до утра.

Порядок растопки кирпичных печей рекомендуют другой: растапливают печь дровами, когда хорошо разгорится, засыпают «семечкой» или (поддувало и заслонку открыть для лучшего поступления кислорода). Если в семечке много пыли, ее можно смочить водой - так она разгорается легче. Когда жара в печи достаточно, можно использовать «кулак».

Что такое древесный уголь и для чего он используется

Древесный уголь используется людьми уже много тысяч лет назад: его находили при раскопках в поселениях пещерных людей. Вряд ли они изготавливали его сами, скорее собирали на пожарах или сохраняли остатки костров, но, видимо, знали о его свойствах и умели пользоваться.

Сегодня в нашей стране этот вид топлива используется большей частью для приготовления пищи: его используют в мангалах и барбекюшницах, подкладывают в костры. Иногда используют для каминов: горит он долго, выделяет много тепла (7800 ККл/кг), а дыма и копоти почти не образуется. Оставшаяся зола является отличным удобрением и используется для удобрения лесных угодий или сельскохозяйственных полей. Зола древесного угля применяется также для производства удобрений.

В промышленности древесный уголь используют для выплавки чугуна. Для производства тонны сплава требуется всего 0,5 тонны этого топлива. При этом чугун получает повышенную стойкость к коррозии и прочность. Как флюс используют каменный уголь при выплавке латуни, бронзы, меди, марганца, цинка и никеля. Из него изготавливают твердую смазку для машиностроения, используют для шлифовки в приборостроении и полиграфии и т.д. Из древесного угля изготавливают фильтры разного назначения.

Сегодня древесный уголь начинают рассматривать как альтернативу традиционному топливу: в отличие от каменного угля, нефти и газа он относится к возобновляемым материалам. Причем современные технологии позволяют получать древесный уголь даже из отходов промышленности: из опилок, трухи, кустарников и т.п. Из такого измельченного сырья формируют брикеты, которые дают в 1,5 раза больше тепла, чем обычный древесный уголь. При этом тепло выделяется более продолжительный промежуток времени и жар получается равномерный.

Как делают древесный уголь

До 20 века древесный уголь получали, сжигая древесину или кучах специальной формы. В них укладывали древесину, засыпали ее землей, поджигали через проделанные специальные отверстия. Такая технология общедоступна и по сегодняшний день используется в некоторых странах. Но имеет она малую эффективность: на 1 кг угля уходит до 12 кг древесины, к тому же невозможно контролировать качество получаемого древесного угля. Следующим этапом развития углежжения стало использование в земляных печах трубы. Такое усовершенствование подняло эффективность процесса: на килограмм уходило 8 кг леса.

В современных углевыжигательных аппаратах на килограмм продукта затрачивается 3-4кг сырья. При этом обращается большое внимание на экологичность процесса: при производстве древесного угля в атмосферу выделяется много дыма, сажи и вредных газов. Современные установки выделяемые газы улавливают, направляют в специальные камеры, где он используется для нагревания печи до температуры коксования.

Преобразование древесины в древесный уголь происходит в бескислородной атмосфере при высокой температуре (реакция пиролиза). Весь процесс поделен на три этапа:

• при 150 о С происходит удаление из древесины влаги;
• при 150-350 о С выделение газов и образование органических продуктов;
• при 350-550 о С отделяют смолы и неконденсируемые газы.

Согласно ГОСТу древесный уголь делят на несколько марок в зависимости от типа использованной древесины:

• • А - твердолиственные породы;
  • Б - твердо- и мягко- лиственные, хвойные породы (о ).

Марки Б и В - чаще всего это древесноугольные брикеты, на изготовление которых идут отходы деревоперерабатывающих предприятий. Это отличный вид биотоплива, который давно используется в Европе для отопления и даже на электростанциях: при их сгорании не образуются серные соединения (серы в древесном угле нет), а углеводород содержится в минимальных количествах. Используя технологии предков можно нажечь уголь для собственных нужд самостоятельно. .

С древних времен каменный уголь человечество использует в качестве одного из источников энергии. И в наши дни это полезное ископаемое применяется достаточно широко. Иногда его называют солнечной энергией, которая законсервирована в камне.

Применение

Уголь сжигают, получая тепло, которое идет для горячей воды и обогрева домов. Полезное ископаемое применяют в технологических процессах выплавки металлов. На тепловых станциях уголь путем сжигания преобразуется в электричество.

Научные достижения позволили использовать это ценное вещество иначе. Так, в химической промышленности успешно освоена технология, позволяющая получить из каменного угля жидкое топливо, а также такие редкие металлы, как германий и галлий. Из ценного ископаемого в настоящее время извлекаются углеграфитовые с выскокой концентрацией углерода. Также отработаны методы получения пластмассы и газообразного топлива высокой калорийности из угля.

Очень низкую фракцию низкосортного угля и его пыль после переработки прессуют в брикеты. Этот материал отлично подходит для отопления частных домов и производственных помещений. В целом выпускают более четырехсот наименований различной продукции после химической переработки, которой подвергается уголь. Цена на все эти продукты в десятки раз превышает стоимость исходного сырья.

На протяжении нескольких последних столетий человечество активно использует каменный уголь в качестве топлива, необходимого для получения, а также преобразования энергии. Причем потребность в этом ценном ископаемом в последнее время возрастает. Этому способствует развитие химической промышленности, а также необходимость в получаемых из него ценных и редких элементов. В связи с этим в России на сегодняшний день ведется интенсивная разведка новых месторождений, создаются шахты и карьеры, строятся предприятия для переработки этого ценного сырья.

Происхождение ископаемого

В давние времена на Земле был теплый и влажный климат, в котором бурно развивалась разнообразная растительность. Из нее в дальнейшем и образовался каменный уголь. Происхождение этого ископаемого кроется в скоплении миллиардов тонн отмершей растительности на дне болот, где они покрывались наносами. С той поры прошло около 300 млн. лет. Под мощным прессом песка, воды и различных пород растительность медленно разлагалась в бескислородной среде. Под воздействием высоких температур, которые давала близко расположенная магма, происходило затвердевание этой массы, которая постепенно превращалась в каменный уголь. Происхождение всех существующих месторождений имеет только такое объяснение.

Запасы полезного ископаемого и его добыча

На нашей планете имеются большие залежи каменного угля. Всего, по подсчетам специалистов, земные недра хранят в себе пятнадцать триллионов тонн этого полезного ископаемого. Причем добыча каменного угля по своему объему стоит на первом месте. В год она составляет 2,6 миллиарда тонн, или 0,7 тонны на одного жителя нашей планеты.

Месторождения каменного угля в России находятся в различных регионах. Причем в каждом из них полезное ископаемое обладает различными характеристиками и имеет свою глубину залегания. Ниже приведен перечень, в который входят самые крупные месторождения каменного угля в России:

1. Оно располагается в юго-восточной части Якутии. Глубина залегания угля в этих местах позволяет осуществлять открытую добычу ископаемого. Это не требует особых затрат, что сказывается на снижении стоимости конечного продукта.
2. Тувинское месторождение. По оценкам экспертов, на его территории находится около 20 млрд. тонн полезного ископаемого. Месторождение весьма привлекательно для разработки. Дело в том, что восемьдесят процентов его залежей располагается в одном пласте, имеющем толщину в 6-7 метров.
3. Минусинские месторождения. Они располагаются в республике Хакассия. Это несколько месторождений, самыми крупными из которых являются Черногорское и Изыхское. Запасы бассейна невелики. По оценкам специалистов, они составляют от 2 до 7 млрд тонн. Здесь добывают очень ценный по своим характеристикам уголь каменный. Свойства полезного ископаемого таковы, что при его сгорании фиксируется очень высокая температура.
4. Это месторождение, расположенное на западе Сибири, дает продукт, используемый в черной металлургии. Уголь, который добывают в этих местах, идет для коксования. Объем залежей здесь просто огромен.
5. Это месторождение дает продукт самого высокого качества. Наибольшая глубина залегания пластов полезного ископаемого достигает пятисот метров. Добыча ведется как в открытых разрезах, так и в шахтах.

Каменный уголь в России добывают в Печорском угольном бассейне. Активно разрабатываются месторождения и в Ростовской области.

Выбор угля для производственного процесса

В различных отраслях промышленности существует потребность в разных марках полезного ископаемого. Какие же отличия имеет уголь каменный? Свойства и качественные характеристики этого продукта колеблются в широких пределах.

Это происходит даже в том случае, если уголь имеет одинаковую маркировку. Дело в том, что характеристики ископаемого зависят от места его добычи. Именно поэтому каждое предприятие, выбирая уголь для своего производства, должно ознакомиться с его физическими характеристиками.

Свойства

Уголь различается по следующим свойствам:

Степень обогащения

В зависимости от цели использования может быть приобретен различный уголь каменный. Свойства топлива при этом становятся понятны, исходя из степени его обогащения. Выделяют:

1. Концентраты. Такое топливо находит применение при получении электро- и теплоэнергии.

2. Промышленные продукты. Их используют в металлургии.

3. мелкая фракция угля (до шести миллиметров), а также пыль, образующаяся в результате дробления породы. Из шлама формируют брикеты, имеющие хорошие эксплуатационные свойства для бытовых твердотопливных котлов.

Степень углефикации

По данному показателю различают:

1. Бурый уголь. Это тот же каменный уголь, только частично сформированный. Свойства его несколько хуже, чем у более качественного топлива. Бурый уголь выдает низкую теплоту при сгорании и крошится при транспортировке. Кроме того, у него есть склонность к самовозгоранию.

2. Каменный уголь. Этот вид топлива имеет большое количество сортов (марок), свойства которых различны. Его широко применяют в энергетике и металлургии, ЖКХ и химической промышленности.

3. Антрациты. Это наиболее качественный вид каменного угля.

Свойства всех этих форм полезного ископаемого значительно отличаются друг от друга. Так, самой низкой теплотой сгорания характерен бурый уголь, а самой высокой - антрациты. Какой же лучше всего приобрести уголь? Цена должна быть экономически целесообразной. Исходя из этого, стоимость и удельная теплота в оптимальном соотношении находятся у простого каменного угля (в пределах 220 долларов за тонну).

Классификация по размерам

При выборе угля важно знать его размеры. Этот показатель зашифрован в марке полезного ископаемого. Итак, уголь бывает:

- «П» - плитный, который представляет собой большие куски свыше 10 см.

- «К» - крупный, размеры которого составляют от 5 до 10 см.

- «О» - орех, он также достаточно крупный, с размерами фрагментов от 2,5 до 5 см.

- «М» - мелкий, с небольшими кусками в 1,3-2,5 см.

- «С» - семечко - дешевая фракция для длительного тления с размерами в 0,6-1,3 см.

- «Ш» - штыб, представляющий собой по большей части угольную пыль, предназначенный для брикетирования.

- «Р» - рядовой, или бесстандартный, в котором могут быть фракции различных размеров.

Свойства бурого угля

Это наименее качественный каменный уголь. Цена у него самая низкая (около ста долларов за тонну). образовывался в древних болотах путем прессования торфа на глубине около 0,9 км. Это наиболее дешевое топливо, содержащее большое количество воды (около 40%).

Кроме того, бурый уголь имеет довольно низкую теплоту горения. В нем находится большое количество (до 50%) летучих газов. Если использовать бурый уголь для топки печи, то он по своим качественным характеристикам напомнит сырые дрова. Продукт тяжело разгорается, сильно дымит и оставляет после себя большое количество золы. Часто из этого сырья готовят брикеты. Они обладают неплохими эксплуатационными характеристиками. Их цена находится в пределах от восьми до десяти тысяч рублей за тонну.

Свойства каменного угля

Данное топливо более качественное. Каменный уголь - это горная порода, имеющая черный цвет и матовую, полуматовую или блестящую поверхность.

В этом виде топлива содержится всего пять-шесть процентов влаги, из-за чего оно обладает высокой теплотой сгорания. По сравнению с дубовыми, ольховыми и березовыми дровами каменный уголь дает тепла в 3,5 раза больше. Минусом такого вида топлива является его большая зольность. Цена на каменный уголь летом и осенью находится в пределах от 3900 до 4600 рублей за тонну. Зимой стоимость данного топлива увеличивается на двадцать-тридцать процентов.

Хранение угля

Если топливо предполагается использовать на протяжении длительного срока, то его необходимо разместить в специальном сарае или бункере. Там оно должно быть защищено от прямых солнечных лучей и от осадков.

Если кучи угля большие, то при хранении нужно постоянно контролировать их состояние. Мелкие фракции в сочетании с высокой температурой и влагой могут самовозгораться.

Ископаемый уголь - первый из используемых человеком видов минерального топлива. Его собирательство с поверхности у побережий морей и рек, где размывались выходы угольных пластов, началось еще в палеолите и продолжалось вплоть до XVI в. Разрабатывались мелкие месторождения, залегающие неглубоко от поверхности земли. Собранный или добытый примитивным ручным способом в мелких горных выработках уголь использовался для отопления жилищ и кузнечных работ.

Ископаемый уголь: Из истории угледобычи

Несмотря на то, что горное дело уже к средним векам стало относительно высокоразвитой отраслью промышленности, и рудники достигали значительной глубины, собственно для угледобычи проводить трудоемкие работы по сооружению шахт считалось нецелесообразным. Но с течением времени потребность в угле росла, и по мере того, как иссякали удобные месторождения, открытый способ добычи постепенно заменялся подземным. В очень редких случаях, в тех местах, где имелись выходы на поверхность мощных пластов угля (Польша, штат Пенсильвания в США), открытая их разработка велась вплоть до XIX в.

Стволы первых шахт представляли собой неглубокие и широкие колодцы. Позднее они углублялись до нескольких десятков метров и расширялись в нижней своей части. Их уже было невыгодно бросать после выемки всего угля и рядом закладывать новые. Началось проведение горизонтальных и наклонных выработок. От основания ствола в разных направлениях прокладывались продольные ответвления, между которыми для крепления сводов оставлялись целики горной породы. В средние века шахты стали многоэтажными: выработки прокладывались от вертикального ствола на разных глубинах. Сразу после выемки угля с целью предотвращения обвалов рабочее пространство укреплялось деревянными стойками, а позднее клетями в форме четырехугольников из крест-накрест сложенных деревянных брусьев.

Развитие и усовершенствование горного дела было напрямую связано с началом индустриальной революции. Потребность в дешевом ископаемом топливе резко возросла после изобретения Джеймсом Уаттом паровой машины, позволившей заменить ручной труд машинным. Увеличение числа машин в разных отраслях промышленности вызвало повышенную потребность в металле. А бурный рост металлургии в свою очередь привел уже к середине XVIII в. к массовому истреблению лесов. Так, в Англии металлургическое производство оказалось под угрозой свертывания из-за недостатка топливных ресурсов, поскольку лесные массивы были почти полностью уничтожены. Жесткая экономическая необходимость заставила вернуться к уже забытым идеям химика Иогана Бехера, открывшего в 1681 г. новый метод получения кокса и смолы из торфа и каменного угля:

«В Голландии имеется торф, в Англии каменный уголь, но и тот и другой почти не употребляются для сжигания в домашних печах или для плавки. Я нашел путь, позволяющий превратить и тот и другой в хорошее горючее, которое не только не дымит и не воняет, но и дает столь же сильный огонь, необходимый для плавки, как и древесный уголь ».

К XVIII в. разработка каменного угля была начата на выходах пластов в Рурском бассейне (крупнейший каменноугольный бассейн Западной Европы, расположенный на территории современной Германии), Саарбрюкенском (Франция), близ Плауэна (на границе современных Германии и Чехии).

Первые сведения о поиске и разведке ископаемых углей в России относятся к периоду царствования Петра I, когда были организованы специальные экспедиции. В 1721 г. открыты каменноугольные залежи на территории современного Донбасса, Подмосковного бассейна, на реке Томь (Кузбасс). Впервые шахтным способом стали разрабатывать месторождения в районе г. Кизел на Урале, г. Тулы (Подмосковный бассейн). Построенная в районе современного Лисичанска (Украина) шахта стала выдавать уголь в 1796 г., больше века оставаясь основным угледобывающим предприятием Российской империи.

В XIX в. горная промышленность стремительно развивалась. Неуклонно увеличивалась добыча всех полезных ископаемых, прежде всего – каменного угля. За последние три десятилетия – в шесть раз. И к концу столетия каменный уголь завоевал мировое лидерство по стоимости добытого продукта (по подсчетам немецких специалистов – более 5 млрд. марок) На втором месте – железо и сталь (чуть более 2-х млрд марок), на третьем – золото (около 800 млн марок).

Угледобыча по отдельным странам на рубеже XIX-XX вв. распределялась следующим образом:

	Объем добычи (в тоннах)		Объем добычи (в тоннах)
Европа		Азия
Великобритания
Германия
		Северная Америка
Австро-Венгрия		Соединенные Штаты
		Африка
		Трансвааль
		Австралия
		В других странах
Всего в Европе	396 059 600	Всего	186 390 600
Всего в мире – 582 450 200

Добыча угля

Несмотря на быстрые темпы развития угледобывающей отрасли в России (прежде всего – в Донбассе), она не покрывала всех потребностей отечественной промышленности и железнодорожного транспорта. Накануне Первой мировой войны около 15 % угля ввозилось из-за рубежа. Почти все угледобывающие процессы выполнялись вручную, хотя, к примеру, на шахтах Донбасса успешно работали несколько десятков врубовых машин.

Академик АН СССР А.М. Терпигорев (1873-1959) – крупнейший специалист в области эксплуатации угольных месторождений, вспоминал о состоянии горного дела на рубеже XIX-XX вв. следующим образом:

«Антрацитовый рудник представлял собой маленькое предприятие, которое нельзя было заметить на далеком расстоянии. Невысокая вышка с вращающимися шкивами, небольшая деревянная надшахтная постройка, около которой помещалась контора ».

Из надшахтного здания вниз по стволу шахтеров доставляла клеть. Внизу в околоствольном дворе не было никакого освещения, иногда подвешивалась маленькая коптилка, которую называли «бог в помощь». Она наполнялась минеральным маслом или сырой нефтью. Фитиль при горении давал небольшое пламя и много копоти, свет был тусклым, едва видимым. Околоствольный двор – это более-менее широкая выработка, высотой в рост человека. По мере удаления от центра высота уменьшалась до примерно метра. От него начинался продольный штрек – длинный узкий коридор, с проложенными рельсами и канавкой, по которой стекала вода. Длина коридора, в конце которого непосредственно и находился забой, увеличивалась по мере выработки угля и могла достигать километра. Высота сводов с увеличением расстояния наоборот уменьшалась.

А В.В. Вересаев в очерке «Подземное царство» писал:

«Идешь низко согнувшись, спину ломит, колени дрожат… Приходится ползти по норе высотой в три четверти аршина [аршин – чуть более 70 см]. Попробуешь двигаться на четвереньках – невыносимо больно, бьешься спиной о шероховатый свод; начинаешь ползти – рассыпанные на пути камни дерут колени и руки. Впереди опять маленький свет. Мы прижались к стенкам; по проходу быстро, как кошка, прополз на четвереньках рабочий, таща за собой на веревке нагруженные углем санки. Это – саночник; всю двенадцатичасовую упряжку он ползает взад и вперед, отвозя на себе уголь из лавы в продольную, где вагонщики нагружают этот уголь в вагончики. Человек обращается в четвероногое ».

Для откалывания угля рабочие использовали кайло – заостренную стальную лопасть, надетую на деревянную рукоятку. Кайло со вставным сменным острием (зубком) называлось обушком и позволяло сменить затупившуюся часть, не поднимаясь из забоя на поверхность. Каждому забойщику (или зарубщику) артельщик определял объем работы, деля фронт работ по длине на сажени. Рабочие садились вдоль угольного пласта на некотором расстоянии друг от друга, как обычно рассаживались на длинной деревянной деревенской лавке. Отсюда и появился термин «лава». Забойщик за 12 часов непрерывной работы должен был сделать врубы в виде широкой щели на заданную длину (2-3 сажени) и установленную глубину обычно не превышавшую длину деревянной рукоятки обушка. Это делалось для того, чтобы облегчить последующую отбойку угольного пласта и составляло примерно 120-140 пудов (ок. 2-х тонн). Крепление забоя также входило в обязанности забойщиков, являлось дополнительной нагрузкой и не оплачивалось.

После забойщиков в лаву приходили отбойщики. Мягкие угли отбивались тем же обушком, более крепкие – ломом, клиньями и тяжелым молотком (ок. 5 кг), который назывался «балдой». Отбитый уголь нагружался в деревянные санки на полозьях уже другими рабочими – отгребщиками (или навальщиками). А затем вывозился саночниками (или тягальщиками) до рельсового пути, по которому уже доставлялся к подъемной клети. Санки с окованным железом ящиком, весили около 3-х пудов, в них помещалось до десяти пудов угля (итого общий вес составлял более 200 кг).

«Тягальщики, большей частью подростки, прикрепленные железной цепью к ящикам, быстро на четвереньках, точно ручные медведи, подбегали к пласту и садились в ожидании, когда нагрузчики наполнят ящики. И при первом окрике «пошел!», они торопливо становились на четвереньки и медленно, с большим трудом тащили ящики к главному проспекту, где их уже ожидали откатчики с квадратными вагончиками, увозившими добычу на подъемную площадку. Вся эта работа происходила во мраке, в духоте и жаре, доходившей до 30 градусов. Углекопы, в особенности тягальщики, буквально купались в собственном поту. Чтобы ноги не скользили по мокрому камню, тяжелые сапоги тягальщиков были подкованы. И когда на четвереньках они бегали по шахте, звеня цепями, их подкованные ноги производили характерный железный стук, напоминавший топот лошадей по каменной мостовой »

А.И. Свирский. «Во тьме» .

У выхода из лавы помощники откатчиков, подростки лет 13-14, перегружали добытый уголь из санок в вагонетки. Каждую вагонетку емкостью 30-35 пудов (ок. полутонны.) катил по рельсам к подъемной клети один человек – откатчик. На некоторых шахтах использовалась конная откатка. Конюшня устраивалась прямо под землей. Жившие в ней лошади очень скоро теряли зрение, приспосабливаясь к жизни почти в полной темноте, как кроты. В околоствольном дворе вагончик загонялся в клеть, которая поднималась на поверхность с помощью паровой машины. Эта же клеть в конце смены поднимала из шахты рабочих

Условия работы на крупных шахтах и мелких рудниках были практически одинаковыми. Отличия были лишь в глубине разработки, количестве рабочих и объемах добычи. На одном из крупнейших в мире рудников – Королевы Луизы (Верхняя Силезия) в конце XIX века угольные пласты достигали мощности 10-15 метров, в работе было занято не менее 8400 человек, ежегодная добыча составляла около 2 млн 700 тыс. тонн. Если принять во внимание грузоподъемность железнодорожного вагона того времени (10 тонн), то можно вычислить, что для погрузки всей этой массы угля понадобится 270 000 вагонов. При длине одного вагона примерно 8 метров, состав растянулся бы на 2160 километров. Что приблизительно равно трем расстояниям между Петербургом и Москвой.

Любая шахта начиналась с того, что угольный пласт соединялся с дневной поверхностью вертикальной выработкой – стволом шахты – диаметром в несколько метров и глубиной до нескольких сотен метров, пробивался второй – вентиляционный – ствол, прокладывались горизонтальные коридоры, соединявшие угольный пласт с обоими стволами, по которым передвигались шахтеры, перевозился крепежный лес, добытый уголь. На всю высоту ствола устанавливались специальные полки, наподобие строительных лесов, на каждом из которых стоял рабочий. Со дна забоя породу поднимали наверх, перебрасывая ее с полка на полок. Поднятая на поверхность, порода на тачках отвозилась к отвалу. Несколько позже стали использовать ручной ворот с бадьей на канате. Применялась и конная тяга.

Сама по себе крайне трудоемкая работа еще более осложнялась, если выработки попадали в водоносный пласт – плывун. Подземные воды представляли серьезную угрозу. Пока они просачивались в незначительных количествах, их вручную собирали бадьями, откачивали специальными механизмами, отводили через специальные канавки в ту часть, где уголь был уже выбран. Если же вода прорывалась мощным потоком, спасти шахту и шахтеров уже не представлялось возможным.

Чем глубже уходил ствол шахты под землю, тем большей проблемой становилось обеспечение доступа воздуха. На глубине он неподвижен и насыщен парами воды и разных газов. Поэтому чтобы человек мог работать в шахте, туда непрерывно нужно подавать свежий воздух. В древности все усилия были направлены на создание и поддержание естественной вентиляции. Струи воздуха направлялись в рудник с помощью установленного у входа деревянного щита либо (позднее) системы флюгеров, называемых «ветрогонами», крылья которых вращались под действием силы ветра и тем самым нагнетали воздух. Использовались специальные печи, установленные в верхнем штреке шахты, в которых постоянно поддерживался огонь. Нагретый воздух поднимался по стволу шахты вверх, на его место поступал из нижних выработок более холодный.

Увеличение со временем количества работающих в шахте людей, использование лошадей, широкое применение взрывных работ вызвало необходимость устройства принудительной вентиляции. В средние века воздух нагнетали с помощью мехов, приводившихся в действие простейшим ручным воротом, на смену которому пришел конный привод. Еще позднее появились насосы с поршнем и вентиляторы. Последние, постепенно усовершенствуясь, превратились в ХХ в. в центробежные и пропеллерные.

Кроме того, некоторые угольные пласты постоянно выделяют отравляющие газы. Сероводород распознается по резкому запаху, напоминающему запах тухлых яиц. Сернистый газ действует на слизистую оболочку глаз, вызывая слезотечение, за что был прозван «глазоедкой». Углекислота выделятся при взрывах, из угольных пластов, при гниении крепежного леса, при дыхании людей. Некоторые угли выделяют метан. В соединении с воздухом он представляет собой взрывчатую смесь, готовую сдетонировать от любой искры. Метан вдвое легче воздуха, поэтому скапливается вверху, не имеет запаха, а потому обнаружить его наличие можно только с помощью специальных приборов. Все эти газовые примеси в определенной концентрации делают воздух непригодным для дыхания. М.В. Ломоносов в свое время отмечал, что «в глубоких рудниках, которые во многие стороны под землею далее проведены и мало шахтов, с самой поверхности прокопанных имеют собирается обыкновенно пар, человеческому здравию вредительных. Происходит от жирного каменного масла, от серы и мышьяка, и во время копания и разбивания горы с тяжестью каменной и земляною пыль по штольням расходится и в них труждающихся людей грудь ядом своим повреждает. Сие приметили также рудокопы по тяжелому запаху, который в рудниках бродит, дух занимает, свечи гасит, а особливо оказывается сей летучий яд тем, что в рудниках иногда загорается ».

Способностью взрываться обладает и угольная пыль. Причиной может стать не только открытый огонь, но и детонация. Пыль, образуясь при разрушении пласта, во время добычи и транспортирования угля, накапливается во всех разветвлениях горных выработок. Если происходил взрыв газа, он уже не ограничивался определенным участком, как это было бы в хорошо проветриваемом помещении – детонация от него вызывала взрыв пыли во всей шахте. Долгое время единственным способом борьбы было увлажнение подземных выработок, поскольку мокрая пыль становилась неопасной. Однако непрерывно поливать огромные площади не представлялось возможным, тем более что вода быстро испарялась. Несколько более эффективным оказалось осланцевание – посыпание мест скопления угольной пыли какой-либо измельченной инертной массой. Наиболее подходит для этого мелкая сланцевая пыль, которая, смешиваясь с угольной, делала ее негорючей и взрывобезопасной. Вполне себя оправдали и заградительные заслоны инертной пыли: под кровлей поперек штрека подвешивались полки с насыпанным на них все тем же измельченным глинистым сланцем, который взрывной волной сметался с опрокинутых полок, смешивался с угольной пылью и предотвращал распространение взрыва. Однако у этих способов был и существенный недостаток: пылевая взвесь засоряла воздух, еще более усугубляя проблему вентиляции.

Более опасным способом предотвращения взрывов было выжигание гремучего газа. После окончания смены, когда горняки поднимались на поверхность, в опустевшую шахту спускался газожог. Одетый в мокрый овчиный тулуп, он проползал по подземным галереям, держа в вытянутой руке открытую лампу или факел. Если под сводами оказывался гремучий газ, он взрывался, огненная волна проносилась по штрекам, весь скопившийся газ сгорал. К утру выработки проветривалась, и новая смена шахтеров спускалась в шахту. Относительная безопасность работы обеспечивалась зачастую ценой жизни газожога.

Взрывы в шахтах приводили к массовой гибели горняков от обвалов, огня, воды, ядовитых газов, удушья. Количество жертв могло достигать нескольких сотен человек. Спасательные работы начинались с возобновления естественной циркуляции воздуха, и только после удаления из забоя образовавшихся в результате взрыва опасных газов приступали к спасению выживших и эвакуации трупов. В случае сильного пожара, чтобы огонь не распространялся по штрекам, закрывали вентиляцию, устанавливали стенки из кирпича с глиной, перекрывая тем самым доступ к очагу возгорания кислорода.

Зачастую причиной пожаров и взрывов являлись применяемые для освещения факелы и лампы-коптилки – обычные бытовые светильники, не приспособленные для подземных работ. Собственно шахтерские лампы появились только к XVIII в. Они были факельного и фонарного типа, заправлялись маслом и крепились к деревянным стойкам шахтных крепей или устанавливались в нишах. Такого типа шахтные светильники были намного удобнее в эксплуатации, но без труда воспламеняли содержавшуюся в воздухе угольную пыль. Если это происходило вблизи трещины, из которой выделялся газ, он взрывался, причиняя значительные разрушения, что еще больше усиливало приток газа из старых выработок и провоцировало новые взрывы. При этом поглощалось огромное количество кислорода, и те рабочие, которые уцелели во время взрыва, погибали от удушья.

После ряда крупных катастроф на Ньюкаслских копях в 1809, 1812 и 1815 гг., вызванных взрывами гремучего газа английский химик Г. Дэви изобрел принципиально новую конструкцию шахтной лампы, предохранительный эффект в которой достигался за счет использования специальной мелкоячеистой металлической сетки, которая устанавливалась на обычной масляной лампе. В некоторых конструкциях, кроме того, использовалась подача во взрывчатую смесь, притекающую к лампе, различных нейтральных газов, выделяемых из продуктов горения (азот, углекислота). Такие лампы гасли во взрывоопасной среде.

В середине XIX в. появились бензиновые лампы Вольфа, спиртовые и ацетиленовые лампы Шено. Они получили широкое распространение не только из-за своей относительной безопасности, но и благодаря возможности с их помощью определять наличие в шахтной атмосфере взрывоопасного газа и даже измерять его процентное содержание по высоте пламени. В конструкцию шахтных светильников были введены затворы, исключающие их самопроизвольное раскручивание и раскрытие. Разжечь погасшую лампу стало возможно, не раскрывая ее – с помощью встроенного зажигателя. Лампы Вольфа в России назывались «коногонки» и производились на заводах и в мастерских Екатеринославского горно-промышленного общества юга России. Они использовались в шахтах с повышенным содержанием взрывоопасных газов вплоть до 1940-х гг. в качестве индикаторов наравне с электрическими. Последние появились в 70-х гг. XIX в. в результате работы русских ученых П.Н. Яблочкова, А.Н. Лодыгина, В.Н. Чиколева. В 1886 г. в Бельгии, Франции и США появились первые аккумуляторые лампы. Но по причине дороговизны и значительного веса их широкое применение началось лишь в 1912 г. В России электрические аккумуляторные светильники практически не использовались. Их производство было начато только в 1932 г. в Харькове. В СССР на негазовых шахтах использовались ацетиленовые лампы (т.н. «карбидки»), для шахт с повышенным содержанием газа в 1950 г. были введены ручные и головные аккумуляторные лампы. С 1960-х гг. лампы накаливания заменены люминесцентными. В конце 1980-х налажен серийный выпуск головных взрывобезопасных шахтных светильников типа СГГ с аккумуляторными батареями. Для освещения подземных выработок используются также стационарные рудничные светильники повышенной надежности.

Самопроизвольное возгорание угольных пластов в недрах земли, в результате которых на поверхность выделяется большое количество горючего газа, пожары в шахтах, уничтожавшие огромные запасы углей, которые невозможно было потушить годами, привели к мысли о подземной газификации угля. Тем более что разрабатывать пласты толщиной до полуметра абсолютно нерентабельно. Впервые об этом написал Д.И. Менделеев в 1888 г.:

«Настанет, вероятно, со временем даже такая эпоха, что уголь из земли вынимать не будут, а там, в земле, его сумеют превращать в горючие газы и их по трубам будут распределять на далекие расстояния ».

Практическое осуществление подземной газификации началось уже в советское время в Донецком и Подмосковном угольном бассейнах. Однако, обнаружение богатых месторождений нефти и природного газа с относительной дешевизной их добычи и переработки, большой теплотой сгорания, отсутствием балласта, хорошей транспортабельностью привели сначала (к 1960-м гг.) к преобладанию в мировом топливно-энергетическом балансе доли нефти над углем, а несколько позже – к быстрому истощению и отработке ряда месторождений. Вовлечение в эксплуатацию труднодоступных месторождений на больших глубинах морей и океанов и отдаленных необжитых районах вызвали значительное увеличение цен на нефть, газ и нефтепродукты и энергетический кризис начала 1970-х гг. Результатом стало повышение в мировой экономике значения ископаемых углей.

Внедрение в горное дело в ХХ в. высокопроизводительных машин позволило с одной стороны модернизировать подземную добычу, а с другой – вернуться к открытой разработке месторождений. При полной механизации работы на поверхности по сравнению с подземными более просты, удобны и экономичны. Добыча угля производится при помощи глубоких траншей, прорезающих породы, под которыми находится угольный пласт. Поэтому образовавшийся карьер называют разрезом. Для работ применяются различные типы экскаваторов. Отвальная порода первоначально вывозилась железнодорожными составами с паровозной или электровозной тягой, позже в эксплуатацию были введены транспортно-отвальные мосты, ленточные конвейеры которых переносили снятую пустую породу к отвалу на противоположной стороне карьера. Аналогичным способом из карьера на поверхность до погрузочных бункеров доставляется и сам уголь.

Помимо названных трех технологических направлений добычи угля (подземная механическая добыча, подземная газификация, открытая добыча) существует еще одно. Гидравлическая добыча угля представляет собой подземную разработку угольных месторождений, при которой процессы выемки, транспортирования и подъёма угля на поверхность выполняются энергией водного потока. Источником воды чаще всего является приток подземных вод в шахту.

Выбор способа угледобычи зависит от ряда условий и определяется на основании результатов комплекса геологоразведочных работ, которые включают следующие этапы:

Поисковые работы, позволяющие с помощью определенного набора признаков (прямых и косвенных), свидетельствующих о наличии угленосных формаций, обнаружить новые месторождения или перспективно оценить площади, на которых уже известно наличие промышленной угленосности. Позволяют дать предварительную (общего характера) геолого-промышленную оценку выявленных месторождений.

Предварительная разведка. Проводится при положительном результате поисковых работ. Дает более детальную картину и устанавливает общие закономерности в изменении морфологии угольных пластов и качества угля, степень сложности тектоники месторождения, сравнительную ценность отдельных частей месторождения. Основной целью является своевременное установление целесообразности продолжения разведочных работ.

Детальная разведка. Необходима в случае признания месторождения пригодным для промышленного освоения. Рассматриваются возможные потребители угля, основные требования к его качеству, способ вскрытия месторождения, технические границы, производственная мощность шахты или разреза, местоположение, ориентировочные сроки отработки площадей на ближайшие 10-15 лет. Уточняются детали геологического строения месторождения, его структурные особенности, морфология, условия залегания пластов, качество углей, горно-геологические условия разработки.

Доразведка. Проводится на месторождениях ранее детально разведанных, но промышленно не освоенных, либо на уже разрабатываемых. Подсчитываются и утверждаются вновь выявленные запасы угля и переоцениваются ранее утвержденные запасы.

Неотъемлемой частью геологоразведочного процесса являются гидрогеологические исследования, проводимые параллельно с основными геологоразведочными работами: определяются потенциальные ресурсы поверхностных и подземных вод, которые будут участвовать в обводнении горных выработок или использованы как источники водоснабжения.

При проведение инженерно геологических исследований устанавливается наличие вечной мерзлоты, возможность возникновения оползней, селей, лавин, прогнозируются степень устойчивости пород кровли, основных рабочих пластов, местоположение участков структурного ослабления, разрабатываются рекомендации по предупреждению явлений, осложняющих горно-эксплуатационные работы. Для открытой разработки рассчитываются коэффициенты и объемы вскрыши, углы откосов бортов разреза, оцениваются условия равновесия естественных склонов при их подработке и дополнительной нагрузке отвальными породами.

Промышленность и техника. Т.5: Горное дело и металлургия. - СПб: Тип. т-ва «Просвещение», 1904. - С. 252

Глушков А.И., Кондырев Б.И. Охрана окружающей среды при подземной газификации угля. Аналитический обзор. - Новосибирск, 1993. С 3-4