Главная > Любовь > Ископаемый уголь. История, добыча

Ископаемый уголь. История, добыча

Почти 200 лет назад гениальный русский ученый М. В. Ломоносов совершенно правильно объяснил образование ископаемого угля из растительных остатков подобно тому, как образуется теперь торф. Ломоносов указал и условия, необходимые для превращения торфа в уголь: разложение растительности «без вольного воздуха», высокая температура внутри Земли и «тягость кровли», т. е. давление горных пород.

Нужно очень много времени, чтобы торф превратился в каменный уголь. Торф накапливается в болоте, а сверху болото зарастает все новыми и новыми слоями растений. На глубине торф постоянно изменяется. Сложные химические соединения, из которых состоят растения, распадаются на более простые. Одна часть растворяется и уносится с водой, другая переходит в газообразное состояние: углекислый и светильный газ - метан (этот же газ горит и в наших плитах). Большую роль при образовании угля играют грибки и бактерии, населяющие все торфяники. Они помогают разрушению растительной ткани. В процессе этих изменений торфа в нем накапливается наиболее стойкое вещество - углерод. Видоизменяясь, торф становится все более и более богатым углеродом.

Накопление углерода в торфе происходит без доступа кислорода, иначе углерод, соединяясь с кислородом, превратился бы полностью в углекислый газ и улетучился. Образующиеся слои торфа вначале изолируются от кислорода воздуха покрывающей их водой, затем вновь возникающими слоями торфа.

Так постепенно идет процесс превращения торфа в ископаемый уголь. Различают несколько основных видов ископаемого угля: лигнит, бурый уголь, каменный уголь, антрацит, богхед и др.

Наиболее похож на торф лигнит - рыхлый уголь бурого цвета, не очень давнего происхождения. В нем ясно видны остатки растений, главным образом древесины (откуда и самое название «лигнит», что означает «деревянный»). Лигнит - это древесный торф. В современных торфяных болотах умеренной полосы торф образуется преимущественно из торфяного мха, осоки, камыша, но в субтропической полосе земного шара, например в лесных болотах Флориды в США, образуется и древесный торф, очень похожий на ископаемый лигнит.

При более сильном разложении и изменении растительных остатков создается бурый уголь. Цвет у него темно-бурый или черный; он крепче лигнита, в нем реже встречаются остатки древесины и разглядеть их труднее. При горении бурый уголь дает больше тепла, чем лигнит, так как он богаче углеродом. Бурый уголь со временем не всегда превращается в каменный. Известно, что бурый уголь Подмосковного бассейна одного и того же возраста, что и каменный уголь на западном склоне Урала (Кизеловский бассейн). Процесс превращения бурого угля в каменный происходит лишь тогда, когда слои бурого угля опускаются в более глубокие горизонты земной коры или происходят процессы горообразования. Для превращения бурого угля в — каменный или антрацит нужна очень высокая температура и большое давление в недрах Земли. В каменном угле уже только под микроскопом видны остатки растений; он тяжелый, блестит и часто бывает очень крепким. Некоторые сорта каменного угля сами или вместе с другими сортами коксуются, т. е. превращаются в кокс.

Наибольшее количество углерода содержит черный блестящий уголь - антрацит. Найти в нем остатки растений можно только под микроскопом. При сгорании антрацит дает тепла больше, чем все другие сорта угля.

Богхед - плотный черный уголь с раковистой поверхностью излома; при сухой перегонке дает большое количество каменноугольного дегтя - ценного сырья для химической промышленности. Богхед образуется из водорослей и сапропеля.

Чем дольше уголь лежит в земных пластах и чем сильнее он подвергается давлению и действию глубинного жара, тем больше в нем углерода. В антраците около 95% углерода, в буром угле - около 70%, а в торфе от 50 до 65%.

В болото, где первоначально накапливается торф, обычно вместе с водой попадают глина, песок и различные растворенные вещества. Они образуют минеральные примеси в торфе, которые потом остаются и в угле. Эти примеси нередко дают прослои, разделяющие пласт угля на несколько слоев. Примесь загрязняет уголь и затрудняет его разработку.

При сжигании угля все минеральные примеси остаются в виде золы. Чем лучше уголь, тем меньше в нем должно быть золы. В хороших сортах угля ее всего несколько процентов, но иногда количество золы достигает 30-40%. Если золы больше 60%, то уголь вообще не горит и не годится на топливо.

Угольные пласты бывают разные не только по своему составу, но и по строению. Иногда весь пласт во всю толщину состоит из чистого угля. Значит, он образовался в торфяном болоте, куда почти не попадала вода, загрязненная глиной и песком. Такой уголь можно сразу сжигать. Чаще же пласты угля чередуются с глинистыми или песчаными прослойками. Такие пласты угля называются сложными. В них, например, на пласт в 1 м мощностью приходится нередко 10-15 прослоев глины по нескольку сантиметров толщиной каждый, а на долю чистого угля приходится всего 60-70 см; при этом уголь может быть очень хорошего качества.

Чтобы получить из угля топливо с малым содержанием посторонних примесей, уголь обогащают. Из шахты породу сразу отправляют на обогатительную фабрику. Там добытую в шахте породу в особых машинах дробят на мелкие куски, а затем отделяют от угля все глинистые комочки. Глина всегда тяжелее угля, поэтому смесь угля с глиной промывают струей воды. Силу струи выбирают такую, чтобы она выносила уголь, а более тяжелая глина оставалась бы внизу. Затем воду с углем пропускают через частую решетку. Вода стекает, и уголь, уже чистый, лишенный глинистых частичек, собирается на поверхности решетки. Такой уголь называется обогащенным. Золы останется в нем совсем немного. Случается, что зола в угле оказывается не вредной примесью, а полезным ископаемым. Так, например, тонкая, глинистая муть, приносимая в болото ручьями и речками, нередко образует прослои ценной огнеупорной глины. Ее специально разрабатывают или собирают золу, остающуюся после сгорания угля, а затем используют для изготовления фарфоровой посуды и других изделий. Иногда в золе угля находят .

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter .

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

«Как образовался каменный уголь» краткое сообщение, изложенное в этой статье, поможет Вам подготовиться к занятию и расширить область своих знаний на эту тему.

Сообщение «Как образовался каменный уголь»

Каменный уголь являет собой невосстановимое исчерпаемое твердое полезное ископаемое, используемое человеком для получения тепла в процессе его сжигания. Он относится к горным осадочным породам.

Что нужно для образования каменного угля?

Во-первых, большое количество времени. Когда из растений на дне болот образуется торф, то возникают химические соединения: растения распадаются, частично растворяются или превращаются в метан, углекислый газ.

Во-вторых, всевозможные грибки и бактерии. Благодаря им происходит разложение растительной ткани. Торф начинает накапливать стойкое вещество под названием углерод, которого становиться со временем все больше.

В-третьих, отсутствие кислорода. Если бы он накапливался в торфе, то каменный уголь не смог бы образоваться и просто улетучился.

Как образуется каменный уголь в природе?

Залежи каменного угля образовались из огромного количества растительной массы. Идеальные условия – когда все эти растения накопились в одном месте и не успели полностью разложиться. Болота подходят для этого процесса как нельзя лучше: вода бедная на кислород и поэтому жизнедеятельность бактерий приостанавливается.

После того как растительная масса накопилась в болотах, она, не успев полностью сгнить, спрессовывается отложениями почвы. Так образовывается исходный материал угля – торф. Пласты почвы запечатывают его в земле без доступа кислорода и воды. Со временем торф превращается в пласт угля. Данный процесс длительный – значительная часть запасов каменного угля образовалась больше 300 млн. лет назад.

И чем дольше по времени уголь залегает в пластах земли, тем сильнее ископаемое подвергается действию и давлению глубинного жара. В болотах, где накапливается торф, с водой попадают песок, глина и растворенные вещества, которые откладываются в угле. Данные примеси дают прослои в полезном ископаемом, разделяя его на слои. При очищении угля от них остается одна зола.

Выделяют несколько видов угля — каменный уголь, бурый уголь, лигнит, богхед, антрацит. Сегодня в мире насчитывается 3,6 тысяч угольных бассейнов, которые занимают 15% земной суши. Наибольший процент мирового запаса ископаемого принадлежит США (23%), второе место заняла Россия (13%), а третье – Китай (11%).

Надеемся, что доклад «Как образовался каменный уголь» помог Вам подготовиться к занятию. А дополнить сообщение на тему «Как образовался каменный уголь», Вы можете через форму комментариев.

Чтобы превратить торф в каменный уголь, требуется много времени. Слои торфа постепенно накапливались в торфяных болотах, а сверху зарастала все большим количеством растений. На глубине сложные соединения, находящиеся в разлагающихся растениях, распадаются на все более простые. Их частично растворяет и уносит вода, а часть их переходит в газообразное состояние, образуя метан и углекислый газ. Бактерии и разнообразные грибки, населяющие все болота и торфяники, также играют немаловажную роль в образовании угля, так как способствуют быстрому разложению растительных тканей. Со временем в процессе таких изменений в торфе начинает накапливаться углерод, как наиболее стойкое вещество. С течением времени углерода в торфе становится все больше.

Важным условием при накоплении в торфе углерода является отсутствие доступа кислорода. В противном случае углерод, соединившись с кислородом, превратился бы в углекислый газ и улетучился. Слои торфа, преобразующиеся в каменный уголь, изолируются вначале от воздуха и содержащегося в нем кислорода водой, их покрывающей, а сверху вновь возникающими слоями торфа из гниющего слоя растений и растущими на них новыми зарослями.

Стадии каменного угля

Первая стадия - это лигнит, рыхлый уголь бурого цвета, наиболее похожий на торф, не самого древнего происхождения. Ясно просматриваются в нем остатки растений, особенно древесины, так как она разлагается дольше. Лигнит образуется в современных торфяных болотах средней полосы, и состоит из камыша, осоки, торфяного мха. Древесный торф, который образуется в субтропической полосе, например, на болотах Флориды в США, очень похож на ископаемый лигнит.

Бурый уголь создается при более сильном разложении и изменении растительных остатков. Его цвет черный или темно-бурый, в нем реже встречаются остатки древесины, а остатков растений нет вовсе, он крепче лигнита. При горении бурый уголь выделяет намного больше тепла, так как углеродистых соединений в нем больше. Со временем бурый уголь превращается в каменный уголь, но не всегда. Процесс преобразования происходит только в том случае, если слой бурого угля опустится в более глубокие пласты земной коры, когда происходит процесс горообразования. Чтобы превратить бурый уголь в каменный или в антрацит, нужна очень высокая температура земных недр и большое давление.

В каменном угле останки растений и древесины можно найти только под микроскопом, он блестит, тяжел и крепок почти как камень. Черный и уголь под названием антрацит содержит наибольшее количество углерода. Этот уголь ценится выше всего, так как при сгорании дает больше всего тепла.

Уже на протяжении практически 200 лет человечество использует запасы, которые формировались сотни миллионов лет. Такое расточительство когда-то приведет нас к краху и энергетическому кризису, пока мы не начнем более бережно относиться к своим ресурсам. Для лучшего понимания стоило бы узнать, как образовался каменный уголь и на сколько лет еще хватит разведанных запасов.

Потребность в энергоносителях

Все отрасли промышленности нуждаются в постоянном источнике энергии :

Энергия выделяется во время сгорания углеводородов. В этом плане нефть и газ - незаменимые ресурсы.
Возможно получение должного количества энергии за счет атомных электростанций. Расщепление атома отрасль перспективная, но парочка катастроф надолго отодвинули этот вариант на второй план.
Ветер, солнце и даже водные течения могут дать электричество. При должном подходе к вопросу и постройке современных сооружений.

Некоторые новые и перспективные отрасли на сегодняшний день практически не развиваются и человечество вынуждено и дальше сжигать уголь, коптить небо и получать крохи энергии. Подобное положение дел выгодно крупным корпорациям, получающим колоссальные доходы за счет продажи горючего топлива.

Возможно, в ближайшие десятилетия ситуация хоть немного изменится и перспективным проектам, по части альтернативных вариантов получения энергии, дадут «зеленый свет». Пока что можно лишь надеяться на благоразумие крупных инвесторов, которые предпочтут сиюминутным выгодам спасение от энергетического кризиса в будущем.

Откуда взялся уголь?

Касательно образования угля есть общепринятая научная теория :

Где-то 300-400 миллионов лет назад на Земле росло гораздо больше органики. Речь о растениях, гигантских зеленых растениях.
Как и все живое, растения погибали. Бактерии, на том этапе, не могли справиться с задачей полного разложения этих гигантов.
В условиях отсутствия доступа кислорода, формировались целые слои спрессованных и гниющих папоротников.
За проходящие миллионы лет менялись эпохи, сверху наслаивались другие образование, изначальный слой залегал все глубже и глубже.

Бытует мнение, что постепенно вся эта субстанция преобразовалась в торф, который в дальнейшем превратился в каменный уголь. Подобные преобразования происходят или могут происходить до сих пор, с теоретической точки зрения. Но лишь при наличии уже сформировавшегося торфа, достаточного количества растений для формирования новых слоев на Земле уже нет. Не та эпоха, не те климатические условия.

Стоит заметить, что объем изменялся уж очень серьезно . Потери при одном лишь переходе из торфа в уголь составляют 90% и это еще неизвестно, какой был изначальный объем погибших растений.

Свойства каменного угля

Все свойства угля можно разделить на значимые для природы и для человека:

Но все же, основным и наиболее интересным для нас является тот факт, что при сгорании каменного угля выделяется достаточное количество энергии. Примерно 75% от того, что можно получить, сжигая такой же объем нефти.

Защитников природы волнует совсем другое свойство - способность выделять углекислый газ при горении . Сожгите килограмм угля и получите почти 3 кг выбросов углекислого газа в атмосферу. Мировой объем потребления уже исчисляется миллиардами тонн полезного ископаемого, так что цифры совсем не шуточные.

Добыча каменного угля

В некоторых странах угольные шахты уже давно закрыли:

Низкая рентабельность. Сегодня гораздо выгоднее качать и продавать нефть с газом. Меньше затрат, меньше возможных последствий.
Высокий риск несчастных случаев. Катастрофы на шахтах не редкость и в современном мире, даже при соблюдении всех предосторожностей.
Практически полная выработка имеющихся резервов . Если страна приступила к выработке еще в позапрошлом веке и все время «кормилась» с одного угольного бассейна, не стоит от него много ожидать в наше время.
Наличие альтернативы . Речь идет не только о нефти и газе, свою нишу заняла и атомная энергетика. Внедряются солнечные батареи, ветряки, работают гидроэлектростанции. Процесс медленный, но неотвратимый.

Но кто-то все еще вынужден спускаться в шахту:

Добыча происходит на глубине до 1 км, как правило.
Дешевле всего добывать уголь не глубже 100 м, в таком случае это можно делать открытым методом.
В забой постоянно спускаются смены шахтеров, оснащенные инструментами и респираторами.
Роль ручного труда значительно снизилась, большую часть работы выполняют механизмы.
Несмотря на это, шахтеры постоянно рискуют оказаться под завалами и быть погребенными в импровизированной общей могиле.
Постоянное воздействие пыли вызывает проблемы с дыхательным трактом. Пневмокониоз официально признан профессиональным заболеванием.

В некоторой степени такой труд компенсируется солидными зарплатами и ранним выходом на пенсию.

Как появился уголь?

На образование каменного угля ушли сотни миллионов лет.

Вот как проходил процесс его образования на Земле:

Массово расплодились растения на поверхности, благодаря благоприятным климатическим условиям.
Постепенно они гибли, а микроорганизмы не успевали полностью переработать останки.
Органическая масса сформировала целый слой. В некоторых участках к нему отсутствовал доступ кислорода, особенно в болотной местности.
В анаэробных условиях особые микроорганизмы продолжали принимать участие в процессах гниения.
Сверху наслаивались новые слои, увеличивая давление.
Благодаря органической основе с большим количеством углерода, гниению, постоянному давлению и сотням миллионов лет произошло формирование угля.

Именно таким образом видят весь процесс ученые, основываясь на современных методах изучения.

Возможно, в эту картину еще будут внесены коррективы в дальнейшем, время покажет. А пока что нам остается лишь поверить ей или озвучить какие-то свои предположения. Но чтобы быть воспринятым всерьез, их придется доказывать.

Не обязательно знать, как образовался каменный уголь, чтобы наслаждаться всеми прелестями научно-технического прогресса. Но для общего развития стоит ознакомиться.