ВІКІСТОРІНКА
Навигация:
Інформатика
Історія
Автоматизація
Адміністрування
Антропологія
Архітектура
Біологія
Будівництво
Бухгалтерія
Військова наука
Виробництво
Географія
Геологія
Господарство
Демографія
Екологія
Економіка
Електроніка
Енергетика
Журналістика
Кінематографія
Комп'ютеризація
Креслення
Кулінарія
Культура
Культура
Лінгвістика
Література
Лексикологія
Логіка
Маркетинг
Математика
Медицина
Менеджмент
Металургія
Метрологія
Мистецтво
Музика
Наукознавство
Освіта
Охорона Праці
Підприємництво
Педагогіка
Поліграфія
Право
Приладобудування
Програмування
Психологія
Радіозв'язок
Релігія
Риторика
Соціологія
Спорт
Стандартизація
Статистика
Технології
Торгівля
Транспорт
Фізіологія
Фізика
Філософія
Фінанси
Фармакологія


ДОНБАССКИЙ ГОРНО-МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

ДОНБАССКИЙ ГОРНО-МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

КАФЕДРА МАРКШЕЙДЕРИИ, ГЕОЛОГИИ И ГЕОДЕЗИИ

Ю.П. ШУБИН

ГЕОЛОГИЯ И РАЗВЕДКА

МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ

(КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ)

Г. Алчевск, 2006 г.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Предисловие…………………………………………………………………………………4

Введение…………………………………………………………………………………….4

1 Общие сведения о полезных ископаемых……………………………………………..12

1.1 Понятие о полезном ископаемом. Промышленные кондиции…………………….12

1.2 Промышленное использование………………………….…………………………...13

1.3 Площади распространения…………………………………………………………...14

1.4 Форма тел……………………………………………………………………………...16

1.5 Минеральный состав………………………………………………………………….19

1.6 Генетическая классификация месторождений……………………………………...20

2 Общие сведения об угле………………………………………………………………...22

2.1 Роль угля в народном хозяйстве. Запасы и использование угля

в народном хозяйстве………………………………………….………………………….22

2.2 Угольный и нефтяной ряды каустобиолитов.

Генетическая классификация горючих ископаемых……………………………….……24

2.3 Ископаемый уголь……………………………………………………………………..26

2.4 Природные типы углей………………………………………………………………..26

2.5 Петрографический состав углей……………………………………………………...27

2.6 Свойства углей………………………………………………………………………....29

2.7 Микроэлементы в углях………………………………….……………………………32

3 Качество углей …………………………………………………………………………..33

3.1 Оценка петрографического состава…………………………………………………..34

3.2 Влажность и влагоемкость……………………………………………………….…...34

3.3 Зольность «Соленые угли»……………………………………………………………35

3.4 Сернистость……………………………………………………………………………36

3.5 Фосфор…………………………………………………………………………….……37

3.6 Удельная теплота сгорания……………………………………………………………37

3.7 Элементный соста……………………………………………………………………..38

3.8 Летучие вещества……………………………………………………………………...39

3.9 Спекаемость……………………………………………………………………….…..40

3.10 Коксуемость…………………………………………………………………………..41

3.11 Выход смолы………………………………………………………………………….42

4 Закономерности угленакопления…………………………….…………………….…...42

4.1 Условия накопления растительного материала……………………………………..42

4.2 Стадии углеобразования………………………………………………………….…..44

4.3 Угольный пласт……………………………………………………………………….48

4.4 Угленосная формация……………………………………….………………………...51

4.5 Угленосные провинции, угольные бассейны и месторождения……………………54

4.6 Метаморфизм углей…………………………………………………………………...56

4.7 Выветривание углей…………………………………………………………………...60

7 Поиски месторождений полезных ископаемых……………………………………...108

7.1 Поисковые критерии и поисковые признаки……………………………………….109

7.2 Методы поисков………………………………………………………………………111

7.3 Поисково-разведочные работы……………………………………………………...113

8 Разведка месторождений………………………………………………………………114

8.1 Задачи разведки………………………………………………………………………114

8.2 Принципы разведки…………………………………………………………………..115

8.3 Методы разведки……………………………………………………………………..115

8.4 Технические средства разведки……………………………………………………..116

8.5 Прослеживание и оконтуривание тел полезных ископаемых……………………..118

8.6 Стадии разведочного процесса……………………………………………………...119

9 Опробование месторождений полезных ископаемых………………………………..121

9.1 Опробование без отбора проб……………………………………………………….121

9.2 Опробование с отбором проб………………………………………………………..121

9.3 Виды опробования……………………………………………………………………122

9.4 Обработка проб……………………………………………………………………….123

10 Запасы полезного ископаемого………………………………………………………123

10.1 Подсчет запасов полезного ископаемого………………………………………….123

10.2 Классификация запасов полезных ископаемых по степени разведанности…….124

10.3 Подготовленность разведанных месторождений для промышленного

освоения…………………………………………………………………………………..126

11 Геологическое обслуживание действующих горных предприятий……………….126

11.1 Обоснование кондиций в условиях разрабатываемых месторождений…………126

11.2 Классификация промышленных запасов………………………………………….127

11.3 Потери и разубоживание полезных ископаемых…………………………………128

11.4 Учет состояния и движения запасов. Государственный кадастр и баланс……...129

 

 

ПРЕДИСЛОВИЕ

Постоянно усложняющиеся условия разработки полезных ископаемых в результате перехода на большие глубины и вовлечение в эксплуатацию месторождений со сложными горно-геологическими особенностями залегания оказывают решающее влияние на вскрытие, подготовку и отработку месторождений, на качество и себестоимость минерального сырья, на безопасность труда.

Горняк по роду своей деятельности значительно больше времени, чем геолог, проводит в забое, наблюдая за постоянно обновляющимися обнажениями горных пород и полезных ископаемых, и поэтому получает более обширную и инженерную информацию по геологическому строению разрабатываемого месторождения. В связи с этим очень важно научить будущего горного инженера сбору, обработке и анализу полученных сведений, правильной их интерпретации и использованию в своей практической работе.

Учебным планом подготовки специалиста-горняка предусмотрено изучение курса «Геология и разведка месторождений полезных ископаемых». Отсутствие в достаточном количестве учебников по этому курсу обусловило написание конспекта лекций, который должен способствовать студентам-горнякам заочной формы обучения изучить этот предмет.

Конспект лекций содержит разделы: «Общие сведения о полезных ископаемых», «Геология угольных месторождений» и «Поиски, разведка, опробование и подсчет запасов месторождений полезных ископаемых».

Конспект лекций рекомендуется студентам-горнякам специальностей 7.090301 «Разработка месторождений полезных ископаемых», 7.090303 «Шахтное и подземное строительство», МД 7.090307 «Маркшейдерское дело».

 

ВВЕДЕНИЕ

Полезные ископаемые - важнейшая составная часть естественных производительных сил человеческого общества. Технический прогресс ХХI в. требует значительного увеличения мировой добычи разнообразных видов минерального сырья, которая ежегодно увеличивалась на 5%. В прошлом столетии, к примеру, в 30-50 раз возросла добыча бокситов, платины, молибдена и природного газа, в 10-20 раз - урана, нефти, никеля, вольфрама, в 2-10 раз - марганцевых и железных руд, алмазов, в 2 раза - угля и серебра. В ХХI веке ожидается увеличение добычи энергетического сырья (нефть, приприродный газ, уголь и уран), цветных металлов (алюминий, медь и цинк), в неметаллических полезных ископаемых, агрономического сырья для сельского хозяйства (фосфориты и калийные соли). В СССР каждый годизнедр извлекалось более 15 млрд. т полезных ископаемых или треть мировой добычи. На развитие минерально-сырьевой базы расходуется две пятых всех капиталовложений в индустрию. Задачей геологов является обеспечение сырьем действующих горнорудных предприятий и открытие новых месторождений полезных ископаемых в уже освоенных районах или в районах, экономически благоприятных для освоения.

Однако запасы минерального сырья в земной коре ограничены. Практически все самые крупные месторождения с высококачественным сырьем и благоприятными горно-геологическими условиями, выходящие на дневную поверхность, известны, и многие из них осваиваются. Дальнейший прирост запасов может происходить за счет выявления скрытых месторождений. Сегодня необходимо хорошо знать геологические условия образования и закономерности размещения уже известных месторождений, уметь научно прогнозировать перспективные площади, в пределах которых в процессе дальнейших геолого-разведочных работ возможно выявление новых запасов минерального сырья. Нужно быть готовым к тому, что вновь открываемые месторождения могут быть расположены в сложных горно-геологических условиях, характеризоваться невысоким качеством минерального сырья.

На повестке дня стоит вопрос о поисках новых видов и заменителей, об использовании нетрадиционных источников минерального сырья. Под последним следует понимать полное извлечение компонентов из полезного ископаемого и продуктов его переработки, утилизацию отходов газа, тепла, щебня и т.д.; повторную переработку ранее некондиционного сырья, находящегося в отвалах; извлечение ценных компонентов из океанических и подземных вод; вторичное сырье; почвенно-растительный слой в районах крупных потребителей минерального сырья и др. Например, Канада и Франция, извлекая серу из нефти и газа, стали ее крупными производителями. При сжигании углей Донбасса можно улавливать ртуть и германий. Использование нетрадиционного сырья для извлечения полезных ископаемых будет способствовать значительному улучшению экологической обстановки.

Запасы минерального сырья географически распределены крайне неравномерно. Так, из капиталистических и развивающихся стран наиболее крупными производителями нефти являются США, Саудовская Аравия и Иран, природного газа - США, Канада и Нидерланды, каменного угля - США, Германия и Великобритания, ядерного топлива - США, Канада и ЮАР, железной руды - Австралия, США и Бразилия. Но за рубежом нет такой промышленно развитой страны, которая смогла бы обеспечить себя собственными минеральными ресурсами. Только бывшие государства, входившие в состав СССР, обладали самой мощной в мире минерально-сырьевой базой, которая обеспечивала полностью потребности промышленности и сельского хозяйства. Они занимали основное место в мире по запасам угля, природного газа, железных руд, ряда цветных и редких металлов, фосфатного сырья, калийных солей, плавикового шпата и других полезных ископаемых.

 

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ 0 ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ

Промышленное использование

По промышленному использованию полезные ископаемые подразделяются на рудные или металлические, нерудные или неметаллические, горючие или каустобиолиты (каустос - горючий, биос - жизнь, литое - камень). Иногда выделяют гидротермальные полезные ископаемые, куда входят термальные (теплые 20-37 °С, горячие 37-42 °С и очень горячие выше 42 °С), минеральные (углекислые, сероводородные и радиоактивные) и промышленные (йодные, бромные, содовые и др.) подземные воды.

Рудные или металлические полезные ископаемые (руда) - агрегаты минералов, из которых технологически возможно и экономически целесообразно извлекать металл или металлические соединения. Они подразделяются на руды черных (железо, марганец, хром), легирующих (титан, ванадий, никель, кобальт, молибден, вольфрам), цветных (алюминий, магний, медь, цинк, свинец, олово, ртуть, сурьма, висмут), благородных (золото, серебро, группа платины), радиоактивных (уран, торий) и редких (литий, рубидий, цезий и др.) металлов.

Нерудные или неметаллические полезные ископаемые - неметаллическое вещество, которое по качеству пригодно для использования в народном хозяйстве. Среди них выделяют индустриальное (драгоценные, поделочные и технические камни - алмаз, графит, слюды, асбест, флюорит, исландский шпат и др.), химическое и агрономическое сырье (минеральные соли, фосфатное, серное и борное сырье), строительные материалы (керамическое сырье, глины и каолины, песок и гравий и др.).

Горючие полезные ископаемые - минеральное вещество, которое используется в качестве энергетического (тепло), технологического и химического сырья. К ним относят торф, бурый уголь, каменный уголь и антрацит, образующие угольный ряд, сапропель, горючий сланец, сапропелит, асфальт, асфальтит, озокерит, нефть и природные газы, составляющие нефтяной ряд.

Площади распространения

Площади распространения полезных ископаемых подразделяются на провинции, области (бассейны и пояса), районы (узлы), поля, месторождения, рудопроявления и тела.

Провинция полезных ископаемых охватывает крупный участок земной коры - гескинклиналь, платформу, дно океана (Карпатская провинция, провинция Русской платформы, провинция дна Тихого океана и др.). С целью конкретизировать вид полезного ископаемого указывают: металлогеническая (рудные полезные ископаемые), минералогеническая (нерудные полезные ископаемые), угленосная, нефтегазоносная и гидрогеологическая провинции.

Область полезных ископаемых - часть провинции, характеризующаяся присутствием минерального сырья определенного состава и близкого происхождения, размещение которого подчинено крупному тектоническому элементу (антиклинорий и синклинорий, внутренние и периферические зоны геосинклиналей, зоны активизации платформ и др. Как правило, в складчатых областях такие тектонические элементы обычно вытянуты в одном направлении и скопления полезных ископаемых образуют протяженные пояса, расположенные вдоль разломов в земной коре. Например, южный ртутный пояс Большого Кавказа прослеживается на 500км. Полезные ископаемые осадочного происхождения слагают бассейны, площадь которых может достигать нескольких тысяч квадратных километров (Днепрово-Донецкий нефтегазоносный бассейн, Донецкий угольный бассейн, Никопольский марганцеворудный бассейн и др.).

Район полезных ископаемых занимает часть области с высокой концентрацией (узлом) полезных ископаемых в земной коре. На территории Донбасса выделено 30 угленосных районов, Северного Кавказа - 8 ртутных районов.

Поле полезного ископаемого входит в состав района и включает несколько месторождений (рудопроявлений) аналогичного состава и происхождения, приуроченных к единой геологической структуре. Никитовское ртутное рудное поле включает ртутные месторождения Железнянское, Чегарникское, Софиевское, Полукупол Новый, Новозаводское и Чернокурганское, рудопроявление Чернобугорское с единственным промышленным минералом - киноварью и размещено в пределах Горловской антиклинали II порядка по отношению к Главному антиклиналу Донбасса вдоль крутопадающих разрывов, характеризующихся общностью происхождения.

Месторождение полезного ископаемого - скопление минерального сырья в земной коре в таком количестве, при таком качестве и при таких горногеологичеcких условиях, когда экономически целесообразно его извлечение подземным или открытым способом.

Рудопроявление - небольшие или слабо изученные скопления полезного ископаемого в земной коре, эксплуатация которого в настоящее время экономически нецелесообразна. Перевод месторождения в рудопроявление и наоборот часто зависит от спроса на минеральное сырье.

Тело полезного ископаемого - локальное скопление минерального вещества различной формы и размеров, приуроченное к благоприятному стратиграфическому, литологическому и структурному элементу или ких комбинации. Граница между телом и вмещающей породой может отчетливо наблюдаться и устанавливаться визуально (каменный уголь, богатые железные руды, глина и др.), может визуально не наблюдаться и устанавливаться по результатам опробования. Тела полезного ископаемого бывают сложными и содержащими безрудные участки.

Форма тел

По соотношению размеров в трех взаимноперпендикулярных направлениях тела твердых полезных ископаемых подразделяются на изометричные, плоские и столбообразные.

Изометричные тела характеризуются примерно одинаковыми размерами в трех направлениях. К ним относятся штоки, гнезда и штокверки (рис.1). Шток - крупное (размером более 10 м) тело, практически полностью сложенное полезным ископаемым (штоки хромита, медных руд, каменной соли). В отличие от штоков размеры гнезд не превышают 10 м (гнезда ртутных и сурьмяных руд и др.). Штокверк - блок горной породы разных размеров, пронизанный секущими маломощными жилками и насыщенный вкраплениями минерального вещества (оловянные, молибденовые, ртутные и другие руды).

В плоских телах два размера (простирание и падение) значительно преобладают над третьим (мощность). Наиболее характерными представителями таких тел являются пласты и жилы. Пласт - тело, вытянутое по простиранию и падению на сотни и более метров, ограниченное верхней (кровля) и нижней (почва) поверхностями напластования. Пласт является характерной формой тел осадочных месторождений (уголь, фосфориты, марганцевые и железные руды).

По строению пласты бывают простыми (не содержит породных прослоев), умеренно сложными (содержит 1-2 породных прослоя) и очень сложными (переслаивание многочисленных прослоев минерального вещества и породных прослоев - рис.2).

Кратчайшее расстояние от кровли до почвы называется истинной мощностью пласта. В угольных пластах различают несколько видов замеряемой мощности: I) общая геологическая мощность всех угольных и породных прослоев от кровли до почвы; 2) общая полезная - суммарная мощность прослоев (пачек) в пласте; 3) кондиционная рабочая - суммарная мощность угольных и породных прослоев той части угольного пласта, которая удовлетворяет требованиям кондиций; 4) вынимаемая общая - суммарная мощность разрабатываемых угольных пластов.

В зависимости от мощности угольные пласты подразделяются на весьма тонкие (до 0,5 м), тонкие (0,5-1,3 м), средние (1,3-3,5 м), мощные (3,5-15 м) и весьма мощные (более 15 м). Мощность пласта по простиранию и по падению, как правило, изменяется. У выдержанных по мощности плас­тов отклонение от средней величины составляет до 25 %, у относительно выдержанных - 25-50 %, у невыдержанных - более 505 %.

Разновидность пласта - пластообразная залежь и линза.

Пластообразная залежь отличается от пласта меньшей длиной и шириной, но большей невыдержанной мощностью. Она характерна для месторождений выветривания (бокситы, каолины, железные руды), а также скарновых и гидротермальных месторождений, приуроченных к благоприятным литологическим толщам (платовые залежи киновари в песчаных толщах Никитовского поля).

Линза напоминает сжатое изометрическое тело с максимальной мощностью в центре (линзообразные тела углей Подмосковного бассейна).

Жила образуется в результате заполнения трещины или метасоматического замещения горных пород вдоль трещины минеральным веществом. Жильные тела характерны для большинства гидротермальных месторождений (руды меди, свинца, цинка, золота, ртути и др.). Они могут прослеживаться по простиранию и падению на десятки и сотни метров. Мощность их изменяется от сантиметров до нескольких метров. Жилы мощностью менее сантиметра называются прожилками. При горизонтальном и наклонном залегании жилы породы над ней образуют висячий бок, под ней - лежачий (рис.3). Контакт минерального вещества жилы с вмещающей породой - зальбанд. За ним расположена зона околожильного изменения под влиянием нагретых минеральным раствором вмещающих пород, в которой нередко присутствуют вкрапления полезных минералов. По отношении к вмещающим породам жилы бывают согласными (расположены вдоль слоистости или сланцеватости) и секущими (заполняют трещины, ориентированные под углом к слоистости или сланцеватости), по форме - простыми и сложными. Последние образуются при заполнении минеральным веществом системы субпараллельных, взаимнопересекающихся трещин и слагают минерализованные зоны. Иногда они появляются в результате преимущественного отложения минерального вещества в благоприятной толще (рис.5).

У столбообразных тел длина по падению значительно превышает остальные размеры. Такие тела называются трубками или столбами. Форма поперечного сечения - изометрическая, эллиптическая и неправильная. Угол падения (ныряния) тела может изменяться в широких пределах (от 0 до 90°).

Размеры тел могут достигать значительных размеров. Мощность угольного пласта на Коркинском месторождении (Челябинский бассейн) достигает 250 м. Золоторудная жила («Материнская жила») в Калифорнии (США) прослежена по простиранию на 200 км. На буроугольном месторождении Латроб Велли (Австралия) мощность пласта составляет 330 м, а на месторождении Хат-Крик (Канада) – 450 м (нижняя часть пласта сложена каменным углем, верхняя – торфом). Золотосодержащие пласты на рудном поле Витватерсранд (ЮАР) разрабатываются на руднике Вестерн Дип Левелз (Западный Глубокий) на 3900 м. Пласты некоторых осадочных (уголь, железные, марганцевые и алюминиевые руды) и метаморфических месторождений занимают десятки и сотни квадратных километров.

Минеральный состав

Твердые полезные ископаемые, кроме угля, состоят из минералов.

Полезными могут быть рудные (слагают металлические полезные ископаемые) и нерудные (слагают неметаллические полезные ископаемые) минералы. Из рудных минералов наиболее важными для получения железа являются магнетит, гематит, сидерит, гетит и гидрогетит, марганца - пиролюзит, манганит и псиломелан, хрома - хромит, титана - рутил, ильменит и перовскит, ванадия - роскоэлит, карнотит и ванадинит, никеля - пентландит, никелистый пирротин, нонтронит и гарниерит, алюминия - бемит, гидраргилит и диаспор, магния - доломит и карналлит, меди - халькопирит, борнит и халькозин и т.д. Металлы могут извлекаться как попутные компоненты при переработке медноколчеданных, колчеданно-полиметаллических и полиметаллических руд (кадмий, галлий, индий, таллий, германий, селен и теллур), цирконовых руд (гафний и скандий), углей (галлий и германий), медно-никелевых руд (селен и таллий) и т.д. Присутствующие вместе с рудными минералами кварц, карбонаты (кальцит, доломит, анкерит и др.), барит, хлорит, слюды и другие называются жильными.

Основные минералы нерудных полезных ископаемых: корунд, берилл, гранат, топаз, турмалин, шпинель, оливин, циркон, бирюза, кварц, халцедон, алмаз, графит, слюды (мусковит и флогопит), асбесты, тальк, магнезит, брукит. кварц, флюорит, барит, витерит, исландский шпаг, цеолиты - индустриальное сырье; галит, сильвин, бишофит. карналлит, апатит, сера, датолит, данбурит, бура, колеманит - химическое и агрономическое сырье; плагиоклазы, ортоклаз, микроклин, кианит, силлиманит, волластонит, каолинит, монтмориллонит, гидрослюда, кальцит, доломит, гипс, ангидрит - сырье для строительных материалов.

Полезное ископаемое может быть представлено одним минералом (мономинеральное: самородное золото, алмаз, графит и т.д.) или несколькими (полиминеральное: марганцевые руды - пиролюзит, псиломелан, манганит, родохрозит и манганокальцит, медные руды - халькозин, борнит, халькопирит, калийное сырье - сильвин, карналлит, каинит и лангбейнит). Из простого по составу полезного ископаемого извлекается один компонент (ртуть - из киновари, свинец - из галенита и т.д.), а из комплексного - несколько (ванадиеносные титано-магнетитовые и платиносодержащие с осмием, иридием и рутением хромитовые руды Бушвельдского рудного района в ЮАР, минеральные соли - галит, эпсомит, астраханит и мирабилит - залива-лагуны Кара-Богаз-Гол в Каспийском море). Часто в минералах, слагающих полезное ископаемое, присутствуют в небольших количествах (как правило, до 1%) различные элементы - примеси. Они могут рассматриваться как дополнительный источник минерального сырья. Например, в никитовских ртутных рудах установлено повышенное содержание в киновари сурьмы, мышьяка, висмута и селена, в антимоните - мышьяка, свинца и таллия, в пирите - мышьяка, сурьмы, германия и скандия, в кварце - висмута, в анкерите - иттербия, в дикките - висмута, германия и иттербия.

 

Таблица 2.2 – Крупнейшие угольные бассейны СНГ

Угольный бассейн Возраст углей Марочный состав углей Количество рабочих пластов Мощность пластов, м Коэфициент угленосности, %, не более Углеплотность, млн. т/км2, не более Прогнозные ресурсы, млрд. т (по состоянию на 1988г.)
Донецкий C Д-А 0,6-2 2,8 141,0
Карагандинский C-J Б-ОС 0,7-12 2,5 45,3
Кузнецкий C-J Б-А 1.25 637,0
Тунгусский C-P Д-А 1-60 2299,0
Таймырский P Ж-А 1-15 - 217,0
Печорский P Б-А 0,7-4 265,0
Тургайский T-J Б До 60 62,0
Канско-Ачинский J Б-Г 638,0
Ленский J-K Б-ОС 1-20 1647,0
Зырянский K Д-К 1-7 2,5 - 50,0

 

Примечание. В графе "Возраст углей" используются обозначения геологических периодов: С - карбон, J - юра, P –пермь, Т-триас, K-мел;

в графе "Марочный состав углай" Д— длиннопламенный уголь, А - антрацит, Б - бурый уголь, Ж - жирный, Г —газовый, ОС - отощенный спекающийся, К-коксовый.

Основные разведанные запасы сосредоточены в пределах России /70%/, Украины /20%/ и Казахстана /8%/. Накоторыми запасами располагают Узбекистан, Кыргызстан, Таджикистан и Грузия.

В настоящее время добыча угля ведется в 60 странах. К основным угладобывающим странам относятся Китай, США и Россия. За ними следуют Германия, Польша и Великобритания. На долю этих стран приходится 90 % добычи. Мировая добыча угля составляет 5 млрд. т и продолжает возрастать. Отмечен непрерывный рост добычи угля открытым способом /в США и Германии - 60%, в СНГ - 46% общей добычи/.

В странах СНГ основная добыча каменного угля производится в Донецком, Кузнецком, Печорском, Карагандинском, Экибастузком и Южно-Якутском бассейнах, бурого - в Канско-Ачинском и Челябинском бассейнах. Самая мощная шахта - Распадская в Кузбассе ежегодно выдает на гора 6 млн. т коксующегося угля. После реконструкции ее мощность достигнет 10 млн. т. Самый мощный угольный разрез "Богатырь" /Экибастузский бассейн/ дает в год более 50 млн т угля. Самая глубокая /более 1400 м/ в мире шахта находится в Германии.

В народном хозяйстве используются как органическая /горючая/, так и минеральная /негорючая/ часть углей, твердые отходы добычи и переработки, горючие газы и шахтные воды. При сжигании твердого топлива получают теплоту и электричество, в процессе коксования - кокс и коксовый газ, полукоксования - полукокс, первичную смолу, подсмольную воду и газ, при газификации - генераторный газ, пылевидное топливо, смолу и шик, в результате гидрогенизации- химические продукты, смазочные масла, реактивы, котельное и дизельное топливо, бензин, при экстрагировании битумов – жиры, воски, смолы, при термической обработке антрацитов – карбиды кальция и кремния, термографит, термоантрацит и электрокорунд.

Минеральная часть угля /шлаки и зола после сжигания топлива/, продукты обогащения и отходы добычи углей используются как вяжущие, заполнители, для получения каменного литья, шлаковаты и шлаковой пемзы, глинозема, металлов /алюминий, железо, молибден, свинец, германий и др./, удобрений /раскислитель почв и стимуляторы роста/, находят применение и в медицине. В I т угля иногда находится до 30 м3 метана, который после дегазации может улавливаться с последующим использованием. Из шахт и карьеров ежегодно откачивается до 3 млрд. м шахтных вод, которые можно использовать как для питьевых и технических целей, так и в сельском хозяйстве для орошения.

Ископаемый уголь

Ископаемый уголь - твердая горючая горная порода, состоящая из разложившегося растительного вещества и содержащая не менее 50% органической массы. Основные компоненты угля - органическая масса, минеральные примеси и влага.

Органическая масса - продукт биохимического и физико-химического преобразования захороненного растительного материала и /частично/ простейших животных микроорганизмов - в химическом отношении представляет собой сложное высокомолекулярное соединение с преобладанием углерода над кислородом, водородом, азотом и другими элементами.

Минеральные примеси представлены неорганическим материалом и минеральными включениями. Неорганический материал, унаследованный от растений и рассеянный в органической массе, при сгорании углей образует так называемую внутреннюю или материнскую золу. Минеральные включения слагают отдельные прослои и линзы в угольных пластах, замещают растительные остатки, образуют включения и вкрапления, заполняют поры, полости и трещины. По способу образования они подразделяются на привнесенные /аллогигенные/ в угольную массу в готовом виде еще в торфяную стадию /кварц, глинистые минералы, полевой шпат и др./ и на образованные /аугигенные/ на месте формирования одновременно с углем /сингенетичные/ или посла образования угольного пласта /эпигенетичные/ - пирит, марказит, сидерит, кальцит и др. В углях наиболее распространены /60-80%/ глинистые минералы /иллит-серицит, каолинит, монгмориллонит и др./. Подчиненное значение имеют карбонаты /сидерит, кальцит, анкерит/, сульфиды железа /пирит, марказит/ и кварц.

В углях преобладает физически связанная /сорбированная/ и капиллярная влага в мелких порах и трещинах угля, имеется также свободная вода в крупных трещинах и пустотах, суммарная доля которой составляет в бурых углях 16-60 %, в каменных углях и антрацитах - 6-14%.

Природные типы углей

Природные типы углей выделяются по родству исходного растительного материала. По строению, составу и условиям жизни растения подразделяются на высшие и низшие. Высшие растения /деревья, кустарники, травы, папоротники, хвощи и т.д./ приспособлены к жизни в наземных условиях, у них выделяют подземную /корневая система/ и наземную /ствол, стебель и листья/ части. Низшие растения лишены дифференцированных вегетативных органов, их тело представляет собой слоевище, не расчлененное на стебель и листья. Они обитают в водной среда /водоросли/. По химическому составу в высших растениях преобладают целлюлоза /клетчатка/ и лигнин, в низших - белки, жиры, воски и смолы, содержащие повышенное количество углерода и водорода.

Ископаемые угли в зависимости oт состава исходного растительного материала подразделяются на следующие типы: гумолиты /образовались из продуктов преобразования отмерших высших растений/; сапропелиты /ис­ходный материал - низшие растения и животные организмы/: сапрогумолиты /переходной тип между гумолитамд иоапропедитами/.

Среди гумолитов выделены классы гумитов и липтобиолитов; сапрогумолиты подразделяются на кеннели и касьяниты, сапропелиты - на собственно сапропелиты/богхады/и гумитосапропелиты.

Гумиты /гумусовые угли/ сложены лигнино-целлюдозными тканями высших растений. Липтобиолиты /от греч липтос- оставшийся, остаточный/ состоят из наиболее стойких частей высших растений /оболочки спор, кутикула, пробковая ткань, смоляные тела/. Они загораются oт спички и горят без запаха. Кеннели /от англ. candle —cвеча/ содержат значительное /до 25%/ количество микроопор, загораются от спички и горят ярким коптящим пламенем. Касьяниты в отличие от кеннелей обогащены /до 25%/ водорослями различной степени сохранности.

Собственно сапропелиты /богхады или болотная залежь/ на 50-80% сложены разложившимися водорослями, легко загораются от спички и горят длинным коптящим пламенем.

 

Свойства углей

К свойствам углей относятся: цвет, цвет в порошке, блеск, отражательная способность, твердость, плотность, излом, хрупкость, упругость, прочность, отдельность, трещиноватость, кливаж, пористость, структура, текстура, электрическая проводимость, тепловые и акустические особенности.

Цвет бурых углей варьируется от светло-коричневого до черного; каменные угли, как правило, черного цвета, иногда с сероватым оттенком, антрациты - серовато-черные, реже - серые с металлическим оттенком. Часто цвет угля искажается за счет минеральных примесей, неодинакового блеска и неровной поверхности скола. Поэтому распространение получило определение цвета порошка угля /цвет черты на неглазурованной фарфоровой пластинке/: у бурых углей - коричневый и желтовато-коричневый, у каменных углей низких степеней метаморфизма - коричневый и темно-коричневый, высоких степеней метаморфизма - черный и темно-серый, у антрацитов - интенсивно- и бархатисто-черный.

Блеск определяет способность угля отражать падающий свет. Визуально можно выделить блестящий, полублестящий, полуматовый и матовый уголь. Иногда применяют дополнительные определения, отражающие интенсивность блеска в углях разных стадий углефикации: жирный, смолистый, стеклянный, алмазный и др. В углях блеск увеличивается при преобладании микрокомпонентов группы витринита и при повышении стадий углефикации, но понижается с увеливением доли микрокомпонентов групп инертинита и липтинита с возрастанием зольности.

Отражательная способность углей (R) характеризует степень отражения света, падающего на полированную поверхность. Эта величина измеряется под микроскопом с помощью фотометров и эталонов в отраженном естественном или поляризованном свете в воздушной (Ra) либо иммерсионной (R0) среде, выражаатоя показателем отражения, представляющим собой отношение /в процентах/ интенсивности света, отраженного полированной поверхностью, к интенсивности падающего света. Максимальная отражательная способность отмечена у микрокомпонентов группы инертинита, минимальная - липтинита.

Двуотражение /анизотропия отражения/ AR - разность между большим и меньшим показателями отражения при одной призме Николя, проявляющаяся при повороте столика микроскопа в изменении интенсивности отражения и обусловленная векториальной абсорбционной способностью. Анизотропия отражения витринита в антраците изменяется от 30 до 70%.

Твердость по шкале Мооса бурых углей равна 2, каменных - 2,5-3, антрацитов - 3,5-4.

Плотность бурых углей составляет 0,8-1,35 г/см3 каменных - 1,08-1,35 г/см3 и антрацитов - 1,37-1,78 г/см3.

Излом характеризует характер поверхности, получаемой в результате раскалывания угля вне плоскости напластования. У бурых углей отмечается землистый и неровный излом, у каменных углей и антрацитов - зернистый и раковистый.

Прочность /хрупкость/ определяет степень сопротивления углей раздавливанию, истиранию и удару. Наиболее прочны длиннопламенные угли и антрацит, наименее - гумусовые угли средней степени метаморфизма. По возрастанию прочности и снижению хрупкости петрографические микрокомпоненты располагаются в такой последовательности: фюзен, витрен, кларен и дюрен. Полосчатые угли менее прочные, нежели однородные.

Трещиноватость углуй по происхождению подразделяется на эндогенную /первичную/, экзогенную /вторичную/ и гипергенную /выветривания/.

Часто в углях наблюдается система параллельных трещин, пересекающих слоистость или согласных с ней, - так называемый кливаж /от франц. clivage- расслаивание/. Эндогенная трещиноватость образуется под влиянием внутренних причин, обусловлена сокращением угольной массы в пласте в результате углефикации, характеризуется двумя взаимно перпендикулярными системами - основной и торцевой, по которым происходит раскалывание угля. В прочных гумусовых углях /длиннопламанные и антрациты/ трещины расположены через 2-3 см, в хрупких /жирные, коксовые и отощенные спекающиеся/ - 2-5 мм. В бурых углях кливаж выражен слабо /трещины через 10-50 см/. Отмечена более интенсивная трещиноватосгь блестящих витреновых и клареновых углей по сравнению с полуматовыми и ма<

© 2013 wikipage.com.ua - Дякуємо за посилання на wikipage.com.ua | Контакти