Как найти угольные пласты

Добыча каменного угля

Каменный уголь – это порода органического происхождения, залегающая пластами. Интенсивная добыча этого полезного ископаемого началась в XVIII веке и достигла своего пика в 70-х годах прошлого столетия. Сейчас интерес к углю как к топливному ресурсу возрастает, совершенствуются методы выработки. При добыче полезного ископаемого начинают обращать особое внимание на защиту и охрану окружающей среды.

В этой статье мы подробно расскажем, где добывают каменный уголь и при каких условиях. Вы узнаете, как называются угольные карьеры, в чем их отличия друг от друга. Также мы опишем разные методы добычи угля и их основные особенности.

Где добывают каменный уголь

Каменный уголь залегает под землей неоднородно.

В геологии для определения типа залежей используют следующие понятия:

• Угольный бассейн
• Угольное месторождение
• Угольный пласт

В зависимости от того, о каком типе залежей идет речь, подбирают соответствующие технологии их разработки. Давайте подробнее разберемся в терминологии.

Угольный бассейн

Угольный бассейн – это скопления каменного угля, занимающие площадь в тысячи квадратных километров. Порода в таких формациях расположена сплошными или прерывистыми участками. Накопления остатков в бассейне проходили в один и тот же геолого-исторический период. Залежи угля располагаются в пределах единой тектонической структуры (например, равнины или горного массива).

По условиям образования угольные бассейны разделяются на 2 типа:

• Лимнические
  Накопление угля в этом случае происходило внутри древнего материка, возле озер и болот. Среди лимнических бассейнов отдельно выделяют патомические, которые были образованы в поймах древних рек.
• Паралические
  Эти бассейны образовались у морского побережья, перед горными хребтами. В таких бассейнах прослойки и вскрышные породы богаты известняком.

По генетическому формированию (классификация Г.А. Иванова) или тектонической принадлежности бассейны бывают:

• Геосинклинальные (складчатые)
  Они характеризуются многочисленными прогибами и подъемами, образовались в местах, где океаническая земная кора переходит в континентальную. В таких бассейнах есть сотни тонких пластов, простирающихся на 2-10 км. Встречаются угли всех метаморфических типов.
• Платформенные
  Они образовались в пределах древних континентов и насчитывают от нескольких единиц до нескольких десятков пластов разной мощности. Простираются бассейны на десятки или сотни метров. Степень углефикации породы низкая.
• Промежуточные или переходные
  Они обладают чертами первых двух типов.

Кроме того, формирование угля в бассейнах происходило в определенные эры и периоды.

По возрасту их разделяют на:

• Палеозойские
• Мезозойские
• Кайнозойские
• Пермские
• Юрские
• Меловые
• Палеогеновые

Чем старше уголь, тем выше степень его метаморфизма. Так, в палеозойских бассейнах встречается больше антрацита, в кайнозойских – бурого угля.

Большое практическое значение также имеет тип добываемого угля.

Тут выделяют бассейны:

• Бурого угля
• Каменного угля
• Антрацита

Для планирования методов добычи важно, как расположены угольные залежи по отношению к современной поверхности земли.

По этому принципу бассейны разделяют на:

• Открытые (обнаженные)
  В таких формациях пласты выходят на поверхность земли или покрыты тонким слоем рыхлой породы.
• Закрытые
  Пласты прикрыты более молодыми породами, чаще осадочного происхождения.

Залежи угля в бассейнах бывают автохтонными и аллохтонными. Первые образовались на месте старых болот. Вторые – вследствие переноса растительных останков или самого угля на разных стадиях метаморфизма.

Угольное месторождение

Угольное месторождение – это территория с залежами угля, которая подлежит промышленной разработке. Чаще всего она является частью бассейна, хотя может быть и самостоятельной единицей. Месторождения состоят из одного или нескольких угольных пластов. Они ограничиваются разрывами залежей, вклинивания в угленосный слой других пород, особенностями рельефа, не позволяющими вести разработку.

Месторождения угля имеют свои особенности. Их классифицируют по разным принципам.

Мощность и количество пластов определяют угленосность месторождения.

По этому критерию их разделяют на:

• Однопластные
• Многопластные
• Месторождения с простыми пластами (без прослоек породы и или с одним видом угля)
• Месторождения со сложными пластами (с прослойками породы или разными видами угля)

Угленосность месторождений – один из основных критериев, по которому принимают решение по возможности разработки. Чем больше полезного ископаемого будет в пластах, тем выгоднее вкладывать деньги в его добычу.

Еще одна важная черта залежей угля – их геологическое строение.

По этому принципу месторождения разделяют на:

• Простые
• Относительно сложные
• Сложные
• Очень сложные
• Складчатые или моноклинальные

Геологическое строение играет роль при определении способа и вида добычи угля.

Как и бассейны, месторождения разделяют по виду углей на:

• Буроугольные
• Каменноугольные
• Антрацитовые

В каждом месторождении есть свои условия эксплуатации.

По этому критерию их можно разделить на такие виды:

• Для открытой добычи
• Для подземной добычи
• С нарушенными или ненарушенными пластами
• С устойчивой или неустойчивой крышей (подошвой)
• Газоносные
• Обводненные

От условий эксплуатации зависит техника и тип добычи угля, обеспечение безопасности. Если они очень сложные, ставится вопрос о целесообразности разработки месторождения.

Угольный пласт

Угольный пласт – это слой каменного угля, который залегает на определенной глубине в земле и может простираться на сотни километров в разные стороны. Снизу он ограничен почвой, а сверху – кровлей. Их еще называют боковыми породами. Почва и кровля чаще всего состоят из песка, глины, сланцев, аргиллитов, песчаников, известняка.

Пласты бывают простого и сложного строения. Простой состоит исключительно из угля. В сложном есть тонкие прослойки минеральной породы. Оба вида пластов могут иметь слоистое строение, из угля разных видов.

Угольные пласты характеризуют по:

• Мощности
• Углу падения

Мощность

Толщина прослойки может быть в пределах от нескольких сантиметров до десятков метров. Мощность бывает общей, полезной и рабочей. Общая учитывает всю толщу пласта, включая прослойки из других пород. Полезная – только часть, состоящую из угля. Рабочая – объем материала, который можно извлечь из пласта.

По мощности пласты разделяют на:

• Весьма тонкие (до 0,7 м)
• Тонкие (0,71-1,2 м)
• Средние (1,25-3,5 м)
• Мощные (больше 3,51 м)

Самые мощные пласты выявлены в китайском месторождении Фушунь (200 м), австралийском бассейне Латроб-Валли (340 м) и канадском месторождении Хат-Крик (450 м). В России и Казахстане, например, мощные залежи встречаются в Южно-Уральском бассейне (до 165 м), Экибастузском бассейне (до 160 м), Хабаровском месторождении (до 100 м). Чаще всего мощными пластами залегает бурый уголь.

Минимальная толщина пласта, пригодного для разработки, — 0,7-1 м. Только ценные марки коксующего, жирного и отощенно-спекающегося угля добывают из пластов мощностью 0,55-0,6 м.

Угол падения

Пласты не залегают параллельно поверхности земли. Они спускаются из верхних в нижние слои под определенным углом.

По этому показателю их разделяют на:

• Пологие (угол падения до 18°)
• Наклонные (19-35°)
• Крутонаклонные (36-55°)
• Крутые (56-90°)

Определение угла падения помогает правильно организовать добычу угля, спланировать строение шахты, забоя.

Вследствие тектонических процессов в земной коре пласты угля могут нарушаться. В некоторых случаях это затрудняет выработку. В толще залежи возникают разрывы, смешения, изменяется угол наклона некоторых участков, их толщина, части пластов надвигаются друг на друга, в их толщу вклиниваются осадочные горные породы.

Дальше мы коротко расскажем, как находят запасы угля и когда начинают выработку месторождений.

Поиск, разведка и оценка месторождений

Перед началом добычи угля проводится поиск, разведка и оценка месторождений. За большинство этапов отвечает геологическая служба. К работам подключаются геодезисты и технологи.

Поиск месторождений проводится по косвенным признакам. Уголь залегает только под породами осадочного происхождения. В некоторых местах на поверхности грунта встречаются обугленные остатки растений. В утесах, по берегам рек видны тонкие прожилки темной породы. Специалисты оценивают также другие признаки – характер растительности, особенности грунта и рельефа.

После того, как угольные залежи выявлены, проводится разведка. Ее цель – определить мощность, глубину залегания, расположение пластов и количество полезного ископаемого. Во время разведки также оценивают рельеф местности, чтобы спланировать разработку карьеров или шахт.

Для изучения пластов в земле роют:

• Канавы
  Метод подходит для поверхностных залежей с небольшими наносами горной породы и грунта.
• Дудки
  Это колодцы глубиной 5-10 м, которые используются при поверхностном расположении пластов с более мощными наносами породы.
• Шурф
  Это глубокий вертикальный или наклонный колодец с глубиной более 10 м.
• Штольня
  Она представляет собой горизонтальный или с легким наклоном тоннель, который соединяется с поверхностью земли.
• Квершлаг
  Это горизонтальный или наклонный колодец внутри шахты, без выхода на поверхность.
• Буровые скважины
  Они применяются для глубоких залежей, при большом количестве пластов.

В каждом пласте на разных уровнях берут пробы угля, определяют его вид и марку, петрографический состав, зольность, теплоту сгорания и другие характеристики. Подробнее о них вы можете прочитать в нашей статье Свойства угля.

Во время разведки также оценивают уровень и объем грунтовых вод, выявляют возможные залежи метана и других сопутствующих газов. После этого проводят анализ экономической эффективности, вычисляют, сколько угля можно получить из месторождения и какие затраты это понесет. Выработку начинают только при положительном балансе. Обязательно учитывают факторы экологии и безопасности рабочих.

Какие способы добычи угля бывают, вы узнаете в продолжении статьи.

Способы добычи угля

После разведки месторождения и оценки его ресурсов принимают решение о методе добычи угля. Он во многом влияет на рентабельность промышленной разработки. Чаще всего способ извлечения полезного ископаемого зависит от глубины его залегания.

Различают:

• Открытый метод
• Закрытый метод

Дальше мы коротко расскажем о каждом способе добычи угля. Детальнее о них вы сможете прочитать в отдельных статьях на нашем сайте.

Открытый метод

Открытый способ добычи угля применяется в тех случаях, если глубина залежи не превышает 500 м. Это самый рентабельный метод. Он позволяет извлечь в 3 раза больше породы, чем при закрытом способе. Оборудование открытых карьеров обходится приблизительно в 1,5 раза дешевле, чем закрытых шахт. Пространство в этом случае не ограничено, есть возможность использовать тяжелую технику, что увеличивает производительность труда. К тому же, на поверхности работать гораздо безопаснее.

Открытая добыча угля ведется в разрезах. Над пластами угля снимают вскрышную породу, затем проводят выемку полезного ископаемого, постепенно углубляя разрез. Когда месторождение исчерпывается, карьер засыпают и проводят рекультивацию.

По разным данным, в мире от 40% до 55% разработок ведется именно таким методом. В Австралии около 80% угля добывается в открытых карьерах, в США – около 40%. В России таким способом получают более 65% продукции. Один из первых разрезов в нашей стране (Бачатский) начал разрабатываться в 1948 году на Кузбассе. В этом бассейне большая часть угля добывается открытым способом. Самый крупный на сегодняшний день – Бородинский разрез в Красноярском крае (Тунгусский угольный бассейн).

Открытая добыча угля состоит из нескольких этапов:

1. Удаления вскрышных пород с поверхности месторождения – для этого используют тяжелую землеройную технику. Плотные породы разрыхляют взрывчатыми веществами.
2. Разрыхления угольного пласта – здесь используют глубокое бурение, взрывы.
3. Извлечения породы, погрузки на транспорт и перевозки на обогатительные заводы.

Карьер для добычи каменного угля называется разрезом. Уголь извлекают ступенями или полосами, в зависимости от рельефа местности и мощности пластов. После завершения работ вскрышные породы возвращают обратно в карьер и проводят рекультивацию земель.

Детальнее об этом методе вы можете прочитать в нашей статье Добыча угля открытым способом.

Закрытый метод

Закрытый метод добычи угля предусматривает оборудование подземных шахт и штолен. Верхний слой породы при этом остается практически нетронутым.

Его используют в следующих ситуациях:

• При залегании пластов на глубине больше 500 м
• При залегании пластов на глубине больше 100 м, когда особенности рельефа или вскрышной породы не позволяют вести открытую добычу

Штольня – это тоннель в угольной залежи, который имеет выход на поверхность. Он оборудуется, когда уголь залегает на глубине от 100 м до 600 м в горной местности. Пласты должны быть пологими или спускаться под углом не больше 45°. В штольне прокладываются рельсы для вагонеток и транспортировки угля. В них могут работать современные комбайны. Такой метод добычи полезного ископаемого сейчас применяется довольно редко.

Шахта – это сложный комплекс подземных и надземных коммуникаций. Она состоит из вертикального главного ствола, по которому транспортируется уголь. От него отходят горизонтальные или наклонные стволы вглубь угольной породы. В шахте обязательно должно быть проведено электричество, оборудована вентиляция, система откачки воды. Через многочисленные проходы прокладывают рельсы для транспортировки сырья. Оно поднимается на поверхность и складируется.

В шахте работает много техники. Пласты сейчас обрабатываются комбайнами (непрерывной выработки и уборочными). Новые стволы прокладываются с помощью врубного комбайна со сверлом. Порода сначала поступает на конвейер, потом перевозится вагонетками. Для поддержки крыши разработаны специальные платформы – стационарные и на гидравлических перемещающихся опорах.

В шахтах получают уголь из пластов, которые залегают на глубине от 500 м до 1,5 км. Самая глубокая шахта в мире находится на Донбассе, ее глубина – 1546 м.

Существует несколько методов подземной добычи:

• Каменно-столбовой
  В угольном пласте делают «комнаты», оставляя часть породы для подпора крыши. Это самый старый способ добычи, он позволяет извлечь лишь 60-70% породы.
• Лавовый (длинными или короткими забоями)
  Один из основных методов получения угля в шахтах. В пласте прокладываются длинные или короткие стволы. Специальный комбайн проходит вдоль стены, снимает пласты породы и перемещает их на транспортный конвейер. Крыша ствола поддерживается платформой, которая перемещается на гидравлических опорах.
• Взрывной
  В угольном пласте делают небольшие разрезы, помещают туда взрывчатку. После рыхления собирают и транспортируют породу. Методика довольно опасная, занимает лишь 5% от всей добычи угля закрытым способом.
• Отводный
  Метод добычи угля из столбов, которые поддерживали крышу. После этого слои покрывной породы обрушаются. Метод опасный, используется лишь в 1% случаев.
• Гидравлический
  При этом способе выемка, транспортировка и подъем угля проводится потоками воды (чаще всего из подземных водоносных горизонтов). Слой породы разрушается либо струями высокого давления, либо гидромеханическими машинами. Затем материал транспортируется по наклоненным желобам до центральной камеры гидроподъема. Оттуда масса перемещается на поверхность.
• При помощи сжатого воздуха
  Выемка угля осуществляется за счет воздушной энергии. Установка для добычи состоит из компрессора, воздухопровода, пневматического взрывного патрона и предохранителей. Воздух подается из компрессора по воздухопроводу под давлением 300-700 атмосфер. Он попадает во взрывной патрон, размещенный в шпуре (цилиндрическом отверстии в угольном пласте). Воздух расширяется, эффект напоминает взрыв, при этом нет искр, не выделяется ядовитых газов. Этот метод намного безопаснее, чем классический взрывной.
• Виброимпульсный
  В основе метода – разрушение угольного пласта низкочастотными мощными импульсами, производимыми генераторами. Он пока не получил широкого распространения и требует совершенствования.

Выбор метода зависит от глубины шахты и мощности пластов, наличия оборудования, экономических факторов.

Подробнее о них вы можете прочитать в статье Добыча угля закрытым способом.

Кроме того, рекомендуем вам ознакомиться с другими статьями по теме:

• Как образовался каменный уголь
• Добыча угля в России – запасы и статистика
• Добыча угля в мире
• Экологические проблемы добычи угля

Добыча угля – это важная часть ресурсной экономики многих стран. В этой отросли работают сотни тысяч людей – шахтеров, горных инженеров, технологов, экономистов. Способы получения продукции зависят от особенностей месторождений, залегания угольных пластов, рельефа местности. Добычу начинают только после тщательной разведки и просчета экономической выгоды. Если запасы исчерпываются, или выемка требует больших финансовых затрат, шахты закрываются.

• Добыча угля в мире
• Добыча угля в России
• Добыча угля открытым способом
• Добыча угля шахтным (закрытым) способом
• Как образовался каменный уголь
• Экологические проблемы добычи угля

Угольное топливо человек использует с древних времён. Его горючесть и теплоотдача, длительность сохранения тепла в очаге стали спасением людей в холодные периоды, которые циклично сменяли друг друга на нашей планете. Уголь активно используется и в нынешние времена, в топливно-энергетическом комплексе он состоит в первой тройке сырья наряду с нефтью и газом.

Как образовывались угольные залежи?

Образовались угольные залежи на местах огромных зелёных массивов. Это древняя органика, которая осталась после гибели древесных насаждений. Для того, чтобы погибшие растения стали углём необходимы определённые условия: древесные остатки не должны сгнить под воздействием бактерий. Это возможно только при попадании их под болотную воду, а затем под землю, куда не поступает кислород. Уголь считается полезным ископаемым, добываемым из пластов горных пород, залегающих на различной глубине.

Как находят и разрабатывают угольные месторождения?

Места, где есть уголь, на планете уже давно разведаны. Его запасы в разных странах огромные, их хватит для нужд отопления и промышленности почти на три века. Но по оценкам геологов, их может быть больше, поскольку не во всех частях света проводились глубинные геолого-поисковые работы на предмет наличия угольного топлива. Разработка угольных месторождений актуальна и приносит ощутимый доход государствам, которые занимаются добычей этого твёрдого чёрного золота. Процесс разработки залежей ведётся в зависимости от рельефа местности и глубины залегания угольных пластов.

Способы добычи угля

Открытый способ

Открытый способ — это угольные разрезы которые, как правило, имеют огромные размеры и внушительную глубину. Процесс представляет собой вскрытие верхних слоёв земной коры, под которыми находится угольная залежь. Снимается крыша с помощью драглайнов — экскаваторов большой мощности. На открывшемся срезе начинают работать роторные экскаваторы, которые извлекают полезные ископаемые с помощью ковшей. Затем идёт погрузка в вагоны или грузовики.

Подземная добыча

Подземная добыча — это устройство шахт, ведущих в огромные угольные бассейны. Они имеют множество разветвлений, бывают многоярусными. Эффективность таких выработок намного выше, чем на разрезах, уголь добывается более качественный, потому что в нём меньше примесей. Но такой метод является опасным, поскольку возможны выходы газа, подтопления, обвалы.

Гидравлический способ добычи угля

Гидравлический способ разработки угольных месторождений считается самым современным. Его стали применять сравнительно недавно в 30 годы прошлого века. Но он оптимально заменяет опасный труд шахтёров, поскольку уголь наверх из забоя подаётся с помощью водного потока под давлением. Для этого используется специальное оборудование — гидромониторы и насосы. Струя воды и откалывает уголь, и транспортирует его по системе труб или желобов в штреках. При этом используются грунтовые воды, что экономит средства, затрачиваемые на процесс добычи.

Самым экономичным способом считается открытая добыча, дорогостоящим — шахтный метод, среднезатратной разработкой и перспективной для будущего специалисты называют гидравлическую технологию.

Разновидности угля

Превращение древесных отложений в уголь проходит две стадии. Сначала образуется торф, а из него — уголь. Углефикация — это отвердение торфа на дне болот под воздействием высоких температур давления и длительного временного периода. Становясь полезным ископаемым угольные породы вбирают в себя газы, влагу, углерод. В зависимости от возраста (степени углефикации) и содержащихся компонентов уголь бывает разных видов.

Лигнит (бурый уголь)

Лигнит (бурый уголь) — первой степени углефикации — от бурого до чёрного цвета, волокнистый, хорошо горит в промышленных печах, но для отопления домов малопригоден; каменные угли (суббитуминозные и битуминозные) с маловолокнистой структурой, высокотеплотворные, применяются в энергетике и в жилищно-коммунальном хозяйстве.

Антрацит и графит

Антрацит — имеет черный смолистый цвет, самое высокое содержание углерода и высокую теплотворность, является лучшим сырьём для отопления; Графит это древесный пористый уголь.

Запасы угля в России

Россия обладает 5,5% мировых запасов угля. На нашей территории есть все его разновидности, самыми перспективными угольными бассейнами являются Кузбасс, Канско-Ачинский, Печорский, Донецкий (Ростовская область), Иркутско-Черемховский, Южно-Якутский. Начинают активно разрабатываться угольные месторождения Приморья, Забайкалья и Новосибирской области.

Современная

Где есть ископаемый уголь и как его ищут

Разрез слоев, содержащих уголь, в Донецком бассейне: 1 — линия размыва; 2 — известняк морского происхождения; 3 — угольный пласт болотного происхождения; 4 — глина с остатками корешков растений; 5 — глина приморского происхождения; 6 — песчаник речного происхождения.

Угольные залежи встречаются у нас во многих местах: на берегах Ледовитого океана, в тундре, под Москвой, в Сибири, на Дальнем Востоке, на самом юге страны — у границы с Афганистаном и Ираном. Угольные месторождения имеются и разрабатываются на западе — за Карпатами, а также на восточной окраине страны — на берегах Тихого океана, на о-ве Сахалине. Много угля в Сибири, на Украине — словом, он встречается по всему Советскому Союзу.

Богатые месторождения каменного угля называются угленосными бассейнами. Хорошо известны Подмосковный бассейн, расположенный к югу от нашей столицы, Донецкий бассейн на Украине, Карагандинский бассейн в Казахстане, Кузнецкий бассейн в Западной Сибири, Тунгусский бассейн в Восточной Сибири и многие другие.

А сколько, вероятно, в разных местах страны еще не обнаруженных месторождений, закрытых сверху другими породами!

Поиски новых месторождений — очень интересная работа.

Самый простой и старый способ поисков, которым пользовались еще сотни лет назад,— это, как говорят геологи, поиски «по выходам». Где-нибудь в русле речки или на склоне горы находят обломки угля. Следовательно, выше по течению речки или по склону должен быть уголь. Его начинают искать. Найдя отдельные — даже небольшие — выходы угля, раскапывают почву и добираются до самого угольного пласта. Иногда же уголь обнаруживают сразу — при рытье колодца или какой-нибудь ямы.

Когда выход угольного пласта найден, начинаются разведочные работы: исследуют, как далеко он распространяется, есть ли по соседству другие пласты и какого качества. Для этого геологи внимательно изучают окрестности, составляют геологическую карту, на которую наносят все горные породы, имеющиеся в районе; затем копают канавы, роют специальные разведочные ямы — шурфы, иногда бурят очень глубокие скважины, чтобы вскрыть уголь и изучить условия его залегания.

Но поиски «по выходам» всегда зависят от случайных причин. Поэтому теперь чаще применяют более сложные и совершенные способы поисков.

Известно, что уголь проводит электрический ток лучше, чем другие породы. Определяя при помощи особых, очень сложных приборов электропроводность различных слоев на глубине, геологи узнают, есть ли среди них пласты угля.

Иногда поиски производят с помощью взрывов, наблюдая, как проходят через земную кору колебания, вызванные этими взрывами.

В поисках угля людям помогают бактерии, развивающиеся в местах скопления газа, выделяемого угольными пластами.

В почве находят места скоплений этих бактерий, и по ним определяют присутствие угля на глубине.

Все принятые способы поисков основаны на знании условий, в которых образуются угли.

Известно, например, что среди глубоководных морских осадков уголь найти нельзя. Нет его ни в ледниковых отложениях, ни в отложениях пустынь и т. д. Уголь встречается либо там, где морские прибрежные слои чередуются с континентальными, либо среди континентальных водных отложений — речных и озерных. Значит, чтобы обнаружить уголь, нужно искать такие породы, которые по условиям своего образования могли бы заключать угольные пласты.

Геологи умеют отличать древние речные отложения от озерных, а озерные — от морских. Породы морского происхождения геологи различают в зависимости от того, на какой глубине они образовались: мелководные и прибрежные породы отличаются от глубоководных и по своему облику и по содержащимся в них остаткам вымерших животных.

Карта главных месторождений угля на земном шаре.

Кроме того, геологи знают, что речные, озерные и морские мелководные породы могут быть самого разнообразного возраста: очень древние, образовавшиеся сотни миллионов лет назад, и относительно молодые, накопившиеся всего 1-2 млн. лет назад, или даже еще моложе.

Но не во всех этих отложениях одинаково часто встречаются пласты угля.

В очень древних породах, образовавшихся приблизительно 300 млн. лет назад и более, угля вообще не может быть, потому что в то время еще не существовало наземных растений и не было торфяников. Появившиеся на суше растения постепенно развивались и в определенные моменты геологической истории давали материал для образования торфа.

Общий вид каменноугольной шахты в Донбассе. Позади шахты видны горы отвалов — терриконы.

Может ли школьник помочь в поисках угля? Разумеется, может. Легче всего удается обнаружить пласты углей, расположенные близ поверхности.

Чтобы найти уголь, выходящий на поверхность, надо прежде всего собрать у местных жителей сведения, не находили ли они кусков угля на пашне, на склоне холмов, может быть даже где-нибудь в овраге или на берегу реки. Надо узнать, не встречался ли уголь в ямах, колодцах. Полученные сведения нужно лично проверить.

Во время экскурсий следует внимательно осматривать горные породы, выходящие на поверхность в обрывах, на берегах ручьев и рек: не попадутся ли среди них выходы угля? Сведения о находке угля надо сообщить прежде всего в краеведческий музей.

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

Добыча каменного угля

Каменный уголь – это порода органического происхождения, залегающая пластами. Интенсивная добыча этого полезного ископаемого началась в XVIII веке и достигла своего пика в 70-х годах прошлого столетия. Сейчас интерес к углю как к топливному ресурсу возрастает , совершенствуются методы выработки. При добыче полезного ископаемого начинают обращать особое внимание на защиту и охрану окружающей среды.

В этой статье мы подробно расскажем, где добывают каменный уголь и при каких условиях. Вы узнаете, как называются угольные карьеры, в чем их отличия друг от друга. Также мы опишем разные методы добычи угля и их основные особенности.

Где добывают каменный уголь

Каменный уголь залегает под землей неоднородно.

В геологии для определения типа залежей используют следующие понятия:

• Угольный бассейн
• Угольное месторождение
• Угольный пласт

В зависимости от того, о каком типе залежей идет речь , подбирают соответствующие технологии их разработки. Давайте подробнее разберемся в терминологии.

Угольный бассейн

Угольный бассейн – это скопления каменного угля, занимающие площадь в тысячи квадратных километров. Порода в таких формациях расположена сплошными или прерывистыми участками. Накопления остатков в бассейне проходили в один и тот же геолого-исторический период. Залежи угля располагаются в пределах единой тектонической структуры (например, равнины или горного массива).

По условиям образования угольные бассейны разделяются на 2 типа:

• Лимнические
  Накопление угля в этом случае происходило внутри древнего материка, возле озер и болот. Среди лимнических бассейнов отдельно выделяют патомические, которые были об р азованы в поймах древних рек.
• Паралические
  Эти бассейны образовались у морского побережья, перед горными хребтами. В таких бассейнах прослойки и вскрышные породы богаты известняком.

По генетическому формированию (классификация Г.А. Иванова) или тектонической принадлежности бассейны бывают:

• Геосинклинальные (складчатые)
  Они характеризуются многочисленными прогибами и подъемами, образовались в местах, где океаническая земная кора переходит в континентальную. В таких бассейнах есть сотни тонких пластов, простирающихся на 2-10 км. Встречаются угли всех метаморфических типов.
• Платформенные
  Они образовались в пределах древних континентов и насчитывают от нескольких единиц до нескольких десятков пластов разной мощности. Простираются бассейны на десятки или сотни мет р ов. Степень углефикации породы низкая.
• Промежуточные или переходные
  Они обладают чертами первых двух типов.

Кроме того, формирование угля в бассейнах происходило в определенные эры и периоды.

По возрасту их разделяют на:

• Палеозойские
• Мезозойские
• Кайнозойские
• Пермские
• Юрские
• Меловые
• Палеогеновые

Чем старше уголь, тем выше степень его метаморфизма. Так, в палеозойских бассейнах встречается больше антрацита, в кайнозойских – бурого угля.

Большое практическое значение также имеет тип добываемого угля.

Тут выделяют бассейны:

• Бурого угля
• Каменного угля
• Антрацита

Для планирования методов добычи важно, как расположены угольные залежи по отношению к современной поверхности земли.

По этому принципу бассейны разделяют на:

• Открытые (обнаженные)
  В таких формациях пласты выходят на поверхность земли или покрыты тонким слоем рыхлой породы.
• Закрытые
  Пласты прикрыты более молодыми породами, чаще осадочного происхождения.

Залежи угля в бассейнах бывают автохтонными и аллохтонными. Первые образовались на месте старых болот. Вторые – вследствие переноса растительных останков или самого угля на разных стадиях метамо р физма.

Угольное месторождение

Угольное месторождение – это территория с залежами угля, которая подлежит промышленной разработке. Чаще всего она является частью бассейна, хотя может быть и самостоятельной единицей. Месторождения состоят из одного или нескольких угольных пластов. Они ограничиваются разрывами залежей, вклинивания в угленосный слой других пород, особенностями рельефа, не позволяющими вести разработку.

Месторождения угля имеют свои особенности. Их классифицируют по разным принципам.

Мощность и количество пластов определяют угленосность месторождения.

По этому критерию их разделяют на:

• Однопластные
• Многопластные
• Месторождения с простыми пластами (без прослоек породы и или с одним видом угля)
• Месторождения со сложными пластами (с прослойками породы или разными видами угля)

Угленосность месторождений – один из основных критериев, по которому принимают решение по возможности разработки. Чем больше полезного ископаемого будет в пластах , тем выгоднее вкладывать деньги в его добычу.

Еще одна важная черта залежей угля – их геологическое строение.

По этому принципу месторождения разделяют на:

• Простые
• Относительно сложные
• Сложные
• Очень сложные
• Складчатые или моноклинальные

Геологическое строение играет роль при определении способа и вида добычи угля.

Как и бассейны, месторождения разделяют по виду углей на:

• Буроугольные
• Каменноугольные
• Антрацитовые

В каждом месторождении есть свои условия эксплуатации.

По этому критерию их можно разделить на такие виды:

• Для открытой добычи
• Для подземной добычи
• С нарушенными или ненарушенными пластами
• С устойчивой или неустойчивой крышей (подошвой)
• Газоносные
• Обводненные

От условий эксплуатации зависит техника и тип добычи угля, обеспечение безопасности. Если они очень сложные, ставится вопрос о целесообразности р азработки месторождения.

Угольный пласт

Угольный пласт – это слой каменного угля, который залегает на определенной глубине в земле и может простираться на сотни километров в разные стороны. Снизу он ограничен почвой, а сверху – кровлей. Их еще называют боковыми породами. Почва и кровля чаще всего состоят из песка, глины, сланцев, аргиллитов, песчаников, известняка.

Пласты бывают простого и сложного строения. Простой состоит исключительно из угля. В сложном есть тонкие прослойки минеральной породы. Оба вида пластов могут иметь слоистое строение, из угля разных видов.

Угольные пласты характеризуют по:

Мощность

Толщина прослойки может быть в пределах от нескольких сантиметров до десятков метров. Мощность бывает общей, полезной и рабочей. Общая учитывает всю толщу пласта, включая прослойки из других пород. Полезная – только часть, состоящую из угля. Рабочая – объем материала , который можно извлечь из пласта.

По мощности пласты разделяют на:

• Весьма тонкие (до 0,7 м)
• Тонкие (0,71-1,2 м)
• Средние (1,25-3,5 м)
• Мощные (больше 3,51 м)

Самые мощные пласты выявлены в китайском месторождении Фушунь (200 м), австралийском бассейне Латроб-Валли (340 м) и канадском месторождении Хат-Крик (450 м). В России и Казахстане, например, мощные залежи встречаются в Южно-Уральском бассейне (до 165 м), Экибастузском бассейне (до 160 м), Хабаровском месторождении (до 100 м). Чаще всего мощными пластами залегает бурый уголь.

Минимальная толщина пласта, пригодного для разработки, — 0,7-1 м. Только ценные марки коксующего, жирного и отощенно-спекающегося угля добывают из пластов мощностью 0,55-0,6 м.

Угол падения

Пласты не залегают параллельно поверхности земли. Они спускаются из верхних в нижние слои под определенным углом.

По этому показателю их разделяют на:

• Пологие (угол падения до 18°)
• Наклонные (19-35°)
• Крутонаклонные (36-55°)
• Крутые (56-90°)

Определение угла падения помогает правильно организовать добычу угля, спланировать строение шахты, забоя.

Вследствие тектонических процессов в земной коре пласты угля могут нарушаться. В некоторых случаях это затрудняет выработку. В толще залежи возникают разрывы, смешения, изменяется угол наклона некоторых участков, их толщина, части пластов надвигаются друг на друга , в их толщу вклиниваются осадочные горные породы.

Дальше мы коротко расскажем, как находят запасы угля и когда начинают выработку месторождений.

Поиск, разведка и оценка месторождений

Перед началом добычи угля проводится поиск, разведка и оценка месторождений. За большинство этапов отвечает геологическая служба. К работам подключаются геодезисты и технологи.

Поиск месторождений проводится по косвенным признакам. Уголь залегает только под породами осадочного происхождения. В некоторых местах на поверхности грунта встречаются обугленные остатки растений. В утесах, по берегам рек видны тонкие прожилки темной породы. Специалисты оценивают также другие признаки – характер растительности, особенности грунта и рельефа.

После того, как угольные залежи выявлены, проводится разведка. Ее цель – определить мощность, глубину залегания, расположение пластов и количество полезного ископаемого. Во время разведки также оценивают рельеф местности, чтобы спланировать разработку карьеров или шахт.

Для изучения пластов в земле роют:

• Канавы
  Метод подходит для поверхностных залежей с небольшими наносами горной породы и грунта.
• Дудки
  Это колодцы глубиной 5-10 м, которые используются при поверхностном расположении пластов с более мощными наносами породы.
• Шурф
  Это глубокий вертикальный или наклонный колодец с глубиной более 10 м.
• Штольня
  Она представляет собой горизонтальный или с легким наклоном тоннель , который соединяется с поверхностью земли.
• Квершлаг
  Это горизонтальный или наклонный колодец внутри шахты, без выхода на поверхность.
• Буровые скважины
  Они применяются для глубоких залежей, при большом количестве пластов.

В каждом пласте на разных уровнях берут пробы угля, определяют его вид и марку, петрографический состав, зольность, теплоту сгорания и другие характеристики. Подробнее о них вы можете прочитать в нашей статье Свойства угля.

Во время разведки также оценивают уровень и объем грунтовых вод, выявляют возможные залежи метана и других сопутствующих газов. После этого проводят анализ экономической эффективности, вычисляют, сколько угля можно получить из месторождения и какие затраты это понесет. Выработку начинают только при положительном балансе. Обязательно учитывают факто р ы экологии и безопасности рабочих.

Какие способы добычи угля бывают, вы узнаете в продолжении статьи.

Способы добычи угля

После разведки месторождения и оценки его ресурсов принимают решение о методе добычи угля. Он во многом влияет на рентабельность промышленной разработки. Чаще всего способ извлечения полезного ископаемого зависит от глубины его залегания.

Различают:

• Открытый метод
• Закрытый метод

Дальше мы коротко расскажем о каждом способе добычи угля. Детальнее о них вы сможете прочитать в отдельных статьях (ссылки на них будут ниже).

Открытый метод

Открытый способ добычи угля применяется в тех случаях, если глубина залежи не превышает 500 м. Это самый рентабельный метод. Он позволяет извлечь в 3 раза больше породы, чем при закрытом способе. Оборудование открытых карьеров обходится приблизительно в 1,5 раза дешевле, чем закрытых шахт. Пространство в этом случае не ограничено, есть возможность использовать тяжелую технику, что увеличивает производительность труда. К тому же, на поверхности работать гораздо безопаснее.

Открытая добыча угля ведется в разрезах. Над пластами угля снимают вскрышную породу, затем проводят выемку полезного ископаемого, постепенно углубляя разрез. Когда месторождение исчерпывается, карьер засыпают и проводят рекультивацию.

По разным данным, в мире от 40% до 55% разработок ведется именно таким методом. В Австралии около 80% угля добывается в открытых карьерах, в США – около 40%. В России таким способом получают более 65% продукции. Один из первых разрезов в нашей стране (Бачатский) начал разрабатываться в 1 948 году на Кузбассе. В этом бассейне большая часть угля добывается открытым способом. Самый крупный на сегодняшний день – Бородинский разрез в Краснодарском крае (Тунгусский угольный бассейн).

Открытая добыча угля состоит из нескольких этапов:

1. Удаления вскрышных пород с поверхности месторождения – для этого используют тяжелую землеройную технику. Плотные породы разрыхляют взрывчатыми веществами.
2. Разрыхления угольного пласта – здесь используют глубокое бурение, взрывы.
3. Извлечения породы, погрузки на транспорт и перевозки на обогатительные заводы.

Карьер для добычи каменного угля называется разрезом. Уголь извлекают ступенями или полосами, в зависимости от рельефа местности и мощности пластов. После завершения работ вскрышные породы возвращают обратно в карьер и проводят рекультивацию земель.

Детальнее об этом методе вы можете прочитать в нашей статье Добыча угля открытым способом.

Закрытый метод

Закрытый метод добычи угля предусматривает оборудование подземных шахт и штолен. Верхний слой породы при этом остается практически нетронутым.

Его используют в следующих ситуациях:

• При залегании пластов на глубине больше 500 м
• При залегании пластов на глубине больше 100 м, когда особенности рельефа или вскрышной породы не позволяют вести открытую добычу

Штольня – это тоннель в угольной залежи, который имеет выход на поверхность. Он оборудуется, когда уголь залегает на глубине от 1 00 м до 600 м в горной местности. Пласты должны быть пологими или спускаться под углом не больше 45°. В штольне прокладываются рельсы для вагонеток и транспортировки угля. В них могут работать современные комбайны. Такой метод добычи полезного ископаемого сейчас применяется довольно редко.

Шахта – это сложный комплекс подземных и надземных коммуникаций. Она состоит из вертикального главного ствола, по которому транспортируется уголь. От него отходят горизонтальные или наклонные стволы вглубь угольной породы. В шахте обязательно должно быть проведено электричество, оборудована вентиляция, система откачки воды. Через многочисленные проходы прокладывают рельсы для транспортировки сырья. Оно поднимается на поверхность и складируется.

В шахте работает много техники. Пласты сейчас обрабатываются комбайнами (непрерывной выработки и уборочными). Новые стволы прокладываются с помощью врубного комбайна со сверлом. Порода сначала поступает на конвейер, потом перевозится вагонетками. Для поддержки крыши разработаны специальные платформы – стационарные и на гидравлических перемещающихся опорах.

В шахтах получают уголь из пластов, которые залегают на глубине от 500 м до 1,5 км. Самая глубокая шахта в мире находится на Донбассе, ее глубина – 1546 м.

Существует несколько методов подземной добычи:

• Каменно-столбовой
  В угольном пласте делают «комнаты», оставляя часть породы для подпора крыши. Это самый старый способ добычи, он позволяет извлечь лишь 60-70% породы.
• Лавовый (длинными или короткими забоями)
  Один из основных методов получения угля в шахтах. В пласте прокладываются длинные или короткие стволы. Специальный комбайн проходит вдоль стены, снимает пласты породы и перемещает их на транспортный конвейер. Крыша ствола поддерживается платформой, которая перемещается на гидравлических опорах.
• Взрывной
  В угольном пласте делают небольшие разрезы, помещают туда взрывчатку. После рыхления собирают и транспортируют породу. Методика довольно опасная, занимает лишь 5% от всей добычи угля закрытым способом.
• Отводный
  Метод добычи угля из столбов, которые поддерживали крышу. После этого слои покрывной породы обрушаются. Метод опасный, используется лишь в 1 % случаев.
• Гидравлический
  При этом способе выемка, транспортировка и подъем угля проводится потоками воды (чаще всего из подземных водоносных горизонтов). Слой породы разрушается либо струями высокого давления, либо гидромеханическими машинами. Затем материал транспортируется по наклоненным желобам до центральной камеры гидроподъема. Оттуда масса перемещается на поверхность.
• При помощи сжатого воздуха
  Выемка угля осуществляется за счет воздушной энергии. Установка для добычи состоит из компрессора, воздухопровода, пневматического взрывного патрона и предохранителей. Воздух подается из компрессора по воздухопроводу под давлением 300-700 атмосфер. Он попадает во взрывной патрон, размещенный в шпуре (цилиндрическом отверстии в угольном пласте). Воздух расширяется, эффект напоминает взрыв, при этом нет искр, не выделяется ядовитых газов. Этот метод намного безопаснее, чем классический взрывной.
• Виброимпульсный
  В основе метода – разрушение угольного пласта низкочастотными мощными импульсами, производимыми генераторами. Он пока не получил широкого распространения и требует совершенствования.

Выбор метода зависит от глубины шахты и мощности пластов, наличия оборудования, экономических факторов.

Подробнее о них вы можете прочитать в статье Добыча угля закрытым способом.

Кроме того, рекомендуем вам ознакомиться с другими статьями по теме:

• Как образовался каменный уголь
• Добыча угля в России и мире – запасы и статистика
• Экологические проблемы добычи угля

Добыча угля – это важная часть ресурсной экономики многих стран. В этой отросли работают сотни тысяч людей – шахтеров, горных инженеров, технологов, экономистов. Способы получения продукции зависят от особенностей месторождений, залегания угольных пластов, рельефа местности. Добычу начинают только после тщательной разведки и п р осчета экономической выгоды. Если запасы исчерпываются, или выемка требует больших финансовых затрат, шахты закрываются.

Источник

По оценкам экспертов, запасы угля в несколько раз превышают нефтяные ресурсы, поэтому учёные ещё в первой половине XX века начали думать, как получить синтетическое жидкое топливо из твёрдых углеводородов. Первые технологии появились в тридцатые — сороковые годы в Германии и долгое время эффективно использовались, однако позже, в связи с открытием нефтяных месторождений в Сибири и на Ближнем Востоке, ушли на второй план.

Коксование и переработка каменноугольной смолы для получения жидкого топлива из угля оказались не лучшим решением. Выход продукта слишком мал, а энергетические затраты велики. Более эффективен процесс
газификации угля — его можно осуществлять даже не поднимая уголь на поверхность. Для этого бурят скважину до угольного пласта, создают на глубине очаг горения и собирают поступающий по трубам горючий газ. Если к очагу горения в скважине подавать воздух или паровоздушную смесь, то на выходе получится синтез-газ, состоящий преимущественно из моноокиси углерода и водорода. Процесс газификации угля можно описать уравнением:

C + H₂O —> H₂ + CO

Этот газ можно использовать как топливо в электростанциях, а также в качестве сырья для производственного процесса
Фишера — Тропша. В 1925 году директор немецкого Института кайзера Вильгельма по исследованию угля ­Франц Фишер и его коллега Ханс Тропш получили жидкое моторное топливо из синтез-газа. Монооксид углерода восстанавливается водородом при нормальном давлении и температуре около 270 °С в присутствии специфических катализаторов. В итоге получается жидкая смесь углеводородов, которую после очистки можно использовать в качестве моторного топлива. Во время Второй мировой войны Германия, бедная нефтью, но богатая углём, синтезировала таким способом топливо для боевых машин.

Следующий способ получения жидкого топлива — это
деструктивная гидрогенизация угля. Под давлением 200–700 атмосфер в присутствии катализаторов на основе железа, вольфрама и молибдена происходит термическое разложение. В результате практически все органические вещества угля превращаются в газообразные и жидкие продукты. Далее следует гидрокрекинг — расщепление тяжёлых молекул на лёгкие и образование насыщенных углеводородов. Самое удобное сырьё для получения синтетического топлива и моторного масла — это бурый уголь: в нём больше всего органического вещества. На последнем этапе из топлива удаляют примеси воды, аммиака и сероводорода.

В последнее время для деструкции угля применяют гамма-лучи — это значительно ускоряет процесс и снижает выбросы углекислого газа в атмосферу.

Люди используют ископаемый уголь многие столетия, и неудивительно, что ему посвящён целый научный раздел — углехимия, которая открывает новые горизонты применения этого ценного природного ресурса. Так, обнадёживают данные о высокой концентрации в угольных пластах ряда элементов: U, Au, Ag, W и др. Вкупе с технологиями глубокой переработки это позволит человечеству уменьшить неблагоприятное для природы сжигание угля в печах теплоэлектростанций.