Уголь: состав, применение, способы добычи

Эта горная порода, которая образовывается в толще земной коры, весьма разнообразна. На сегодняшний день выделяют такие ее разновидности, как, к примеру, бурый уголь, антрацит, каменный уголь. Состав угля - это влага и минеральные примеси. Однако что касается влаги, то она существенно снижает теплоту горения.

Состав породы. Химические вещества

Кроме того, что в угле содержится влага, в его состав также входит и такое вещество, как сера. Эта примесь также считается вредной, а содержится она не совсем в чистом виде, а в составе примесей, таких как пирит, кальций, сульфат железа. При применении угля, а точнее, его сжигании с такими примесями в составе, будет образовываться вредное испарение - диоксид серы, или сернистый газ. Он достаточно негативно сказывается на здоровье человека, если им дышать. Он способен вызывать быструю коррозию металла, а также отравлять атмосферу своими испарениями. Стоит отметить, что достаточно малое содержание серы в составе угля, который добывается в Донецком бассейне. Показатель этого вещества - всего 1-2%. Если сравнивать с бассейнами центральных и северных областей, то в них содержание этой вредной примеси только начинается от 3,5%. Полный химический состав сырья выглядит следующим образом:

• наибольшее процентное содержание углерода - от 50 до 96%;
• после углерода следует кислород, содержание которого - от 25 до 37%;
• третьим в этом списке идет водород, его процент составляет от 3 до 6%;
• последнее химическое вещество - это азот, его содержание может быть от 0 до 2,7%.

Торф

На сегодняшний день также применяется торф, который является остатками горной породы. Используется он достаточно широко, несмотря на то что считается, по сути, отходом. Здесь стоит отметить, что состав угля этой разновидности отличается тем, что количественное содержание всех вредных примесей, включая серу, значительно меньше. Процентное содержание химического элемента углерода также снизилось до 50-60%.

Уголь бурой породы

Сам по себе бурый уголь - это землистая масса с достаточно большой плотностью, которая образуется из торфа, но при этом отлично сохраняет свою древесную структуру. Применение угля такого типа распространено намного меньше, чем каменного, к примеру. Это обусловлено тем, что при горении он создает коптящее пламя, которое к тому же создает достаточно неприятный запах. Чаще всего применяется он при сухой перегонке. С его помощью удается получить такие вещества, как, к примеру, аммиак с уксусной кислотой. Данная порода считается наиболее молодой из всех остальных разновидностей. Состав угля этого типа следующий:

• как и в предыдущем типе, здесь преобладает углерод - 50-77%;
• содержание кислорода практические то же - 26-37%;
• процент водорода составляет 3-5, а азота 0-2.

Стоит добавить, что сильное развитие технологий привело к тому, что технологи научились получать из этого сырья синтетический газ, который можно использовать, как альтернативу для мазута.

Каменный уголь

Данный ископаемый материал представляет собой переходной материал от бурого угля к антрациту. Отличается он тем, что является отличным топливом, в отличие от бурого вещества. Именно эта порода является наиболее добываемой в наше время. Он получил наибольшее распространение в качестве топлива для теплоэлектростанций, к примеру. Отлично подходит для отопления частных домов, для работы фабрик и т. д. Теплота сгорания, которую имеет этот вид сырья, намного выше, чем у бурого. В качестве вредных примесей в угле этого типа содержится влага в количестве от 3 до 12%. Кроме того, в его состав входит и 32% летучих горящих веществ.

Химический состав отличается от предыдущих видов. Количество углерода намного выше - от 75 до 93%. Содержание кислорода значительно снизилось - 3-19%, содержание водорода осталось приблизительно на том же уровне - 4-6%. Показатель азота все такой же низкий - до 2,7%.

Если задать вопрос, какой уголь лучше, то ответ на него, скорее всего, будет следующий: антрацит. Он отличается тем, что его структура максимально плотная, поверхность немного блестит, а теплота сгорания имеет наилучший показатель. Единственный его недостаток - это то, что загорается он достаточно плохо. Чаще всего он используется для изготовления таких вещей, как угольные электроды, электродная масса. Очень распространено его применение в качестве топливного сырья в отрасли металлургии. Глубина залегания этой породы достаточно велика - 6 км. Из химических веществ содержит углерод в количестве 95-97%, а также водород - от 1 до 3%.

Способ добычи ископаемых

Стоит отметить, что способ добычи очень сильно зависит от расположения месторождения угля, а точнее, от глубины его залегания. В зависимости от этого фактора различают открытый (карьерный) метод и шахтный, закрытый метод. Каждый способ отличается своей технологией, а также преимуществами и недостатками.

Открытый метод добычи

Основное преимущество добычи угля открытым способом - это относительная безопасность. Все дело в том, что он используется только в том случае, если глубина залегания породы не более 100 метров. Другими словами, не создается шахта, которая может обрушиться во время аварии. Сам процесс добычи осуществляется по следующей процедуре.

Для начала необходимо снять верхний слой почвы, которым укрыта порода. Данный слой называется вскрыша, а метод его удаления - вскрышеванием. Данная процедура, в зависимости от типа почвы, проводится при помощи бульдозеров, драглайнов, роторными экскаваторами или скриперами. После того как слой грунта будет убран, можно переходить к дроблению самой породы. Для этого используются дробилки, водяные пушки, бульдозеры и другую технику. Если порода в месторождении угля слишком плотная, то в редких случаях используется буровзрывная отбойка угля. Данный метод добычи обычно охватывает достаточно большую площадь.

Что касается недостатков метода, то они следующие:

• Во-первых, нанесение ощутимого вреда окружающей среде в месте добычи.
• Во-вторых, вся порода, которая добывается таким способом, содержит большое количество вредных примесей в своем составе.

Основные преимущества добычи угля открытым способом, помимо безопасности, - это высокая скорость, а также экономичность.

Второй метод

Закрытый, или же шахтный метод, как можно догадаться, используется в том случае, если порода залегает достаточно глубоко под землей. На равнинной местности до самого пласта с углем формируются вертикальные или же горизонтальные каналы, после чего создается шахта. Если пласт угля находится в горной местности, то местом, вскрывающим выработку, является штольня.

Добыча угля подземным способом может осуществляться при помощи лав или же камерно-столбовым методом. Лавы представляют собой длинные забои. В одной шахте может быть один или несколько таких забоев. В таких забоях уголь рубится на части при помощи выемочного комбайна. Для того чтобы доставить сырье на поверхность, используется этот же комбайн. Он грузит породу на конвейер. Если использовать данный метод, то удается получить практически весь уголь, который содержится в пласте. Если залегание угля не слишком глубокое, то используется камерно-столбовой метод. В таком случае используются столбы и горизонтальные проходы, которые образуются между ними.

В настоящее время в угольной промышленности происходят изменения. Внедряется технология комплексной автоматизированной системы добычи с применением механизированных крепей. Активно разрабатывается метод, который позволит дистанционно управлять, всеми добывающими механизмами.

К преимуществам метода можно отнести следующее:

• полученный уголь будет отличаться очень высоким качеством;
• такой вид добычи гораздо меньше вредит окружающей среде;

Из недостатков стоит выделить то, что этот метод является наиболее опасным способом добычи, а также потребуются значительные финансовые затраты на его исполнение.

Донецкий угольный бассейн

Данный бассейн располагается на территории таких областей, как Донецкая, Луганская, Днепропетровская со стороны Украины. Кроме того, он также находится на территории Ростовской области Российской Федерации. Общая площадь данного бассейна составляет примерно 60 тыс. км², 50 тыс. из которых расположены именно на территории Украины. Если говорить о его протяженности, то она составляет около 650 км в субширотном направлении. При этом его максимальная ширина достигает лишь 200 км. Что касается качества и свойств добываемого угля, то они очень сильно отличаются. Все дело в том, что в Донецком угольном бассейне имеется весь метаморфический ряд этого ископаемого. Другими словами, здесь можно добывать любой уголь - от бурого до антрацита.

Качественный уголь для растопки

Достаточно часто возникает вопрос о том, как определить качество угля, подходящего для растопки твердотопливного котла. Знать всего его свойства необязательно. Нужно обратить внимание на следующее:

• Калорийность, или же теплота сгорания. Данная характеристика описывает, сколько тепла может выдать при сгорании твердое топливо.
• Зольность является основной характеристикой качества сырья. Чем меньше численный показатель данной характеристики, тем качественнее будет уголь, а значит, и тепла при сгорании он выдаст больше. У качественных пород показатель составляет менее 25%.
• Важно следить за влажностью. Она может быть внешней или же внутренней. Внешнюю можно удалить, если просто просушить уголь, а вот внутреннюю - только при сгорании.

Активированный уголь

Структура этого угля пористая, а получают его из других разных углесодержащих материалов, отличающихся органическим происхождением. Углерода в таком сырье будет от 87 до 97%; водород, азот и кислород также присутствуют. По своему химическому составу этот тип угля больше схож с графитом. Кроме того, этот вид сырья можно разделить на несколько классов в зависимости от типа сырья для получения, по способу активации, методу активации и по назначению.