Каменным углём называют осадочную породу, образующуюся
при разложении остатков растений (древовидных папоротников, хвощей и
плаунов, а также первых голосеменных растений). Основные запасы каменного угля, добывающегося в настоящее время, образовались в период палеозоя, около 300-350 миллионов лет назад. Каменный уголь
добывается уже несколько столетий и является одним из наиболее важных
полезных ископаемых. Используется в качестве твёрдого топлива. Каменный уголь
состоит из смеси высокомолекулярных ароматических соединений
(преимущественно углерода), а также воды и летучих веществ с небольшим
количеством примесей. В зависимости от состава угля
меняется и количество теплоты, выделяющееся при его сгорании, а также
количество образующейся золы. От этого соотношения зависит ценность угля
и его месторождений. Для образования полезного ископаемого также
необходимо было соблюдение следующего условия: гниющий растительный
материал должен был накапливаться быстрее, чем происходило его
разложение. Именно поэтому каменный уголь образовывался в основном на
древних Торфяных болотах, где накапливались углеродные соединения, а доступ кислорода
практически отсутствовал. Исходным материалом для возникновения угля
является, собственно, сам Торф, который также некоторое время использовался в качестве топлива. Уголь же образовался в том случае, если пласты торфа оказывались под другими наносами. Торф при этом спрессовывался, терял газы и воду, в результате чего образовывался уголь. Каменный уголь возникает при залегании пластов торфа на значительной глубине обычно более 3 км. На более значительной глубине образуется антрацит – высший сорт каменного угля. Однако это не означает, что все угольные
месторождения расположены на большой глубине. Со временем под действием
тектонических процессов различной направленности некоторые пласты
испытывали поднятие, в результате чего оказывались ближе к поверхности.
От того, на какой глубине находятся угленосные породы, зависит и способ добычи угля. Если уголь
залегает на глубине до 100 метров, то добыча обычно ведётся открытым
способом. Так называется снятие верхнего слоя земли над месторождением,
при котором полезное ископаемое оказывается на поверхности. Для добычи с
большой глубины используется шахтовый метод, при котором доступ к
полезном ископаемым осуществляется посредством создания специальных
подземных ходов – шахт.
Каменный уголь —
осадочная порода, представляющая собой продукт глубокого разложения
остатков растений (древовидных папоротников, хвощей и плаунов, а также
первых голосеменных растений). Большинство залежей каменного угля было
образовано в палеозое, преимущественно в каменноугольном периоде,
примерно 300—350 миллионов лет тому назад.
По химическому составу
каменный уголь представляет смесь высокомолекулярных полициклических
ароматических соединений с высокой массовой долей углерода, а также воды
и летучих веществ с небольшими количествами минеральных примесей, при
сжигании угля образующих золу. Ископаемые угли отличаются друг от друга
соотношением слагающих их компонентов, что определяет их теплоту
сгорания. Ряд органических соединений, входящие в состав каменного угля,
обладает канцерогенными свойствами. Содержание углерода в каменном
угле, в зависимости от его сорта, составляет от 75% до 95%.
Каменный уголь твёрдое горючее полезное ископаемое растительного происхождения;
разновидность углей ископаемых с более высоким содержанием углерода и
большей плотностью, чем у бурого угля. Представляет собой плотную породу
чёрного, иногда серо-чёрного цвета с блестящей, полуматовой или матовой
поверхностью. Содержит 75—97% и более углерода; 1,5—5,7% водорода;
1,5—15% кислорода; 0,5—4% серы; до 1,5% азота; 45—2% летучих веществ;
количество влаги колеблется от 4 до 14%; золы — обычно от 2—4% до 45%.
Высшая теплота сгорания, рассчитанная на влажную беззольную массу
Каменный уголь, не менее 23,8 Мдж/кг (5700 ккал/кг).
Каменный уголь
образуются из продуктов разложения органических остатков высших
растений, претерпевших изменения (метаморфизм) в условиях давления
окружающих пород земной коры и сравнительно высокой температуры. С
возрастанием степени метаморфизма в горючей массе Каменный уголь
последовательно увеличивается содержание углерода и одновременно
уменьшается количество кислорода, водорода, летучих веществ; изменяются
также теплота сгорания, способность спекаться (см. Кокс) а др. свойства.
На изменении этих качеств, определяемых по результатам термического
разложения угля (выход летучих веществ, характеристика нелетучего
остатка), строится принятая в СССР промышленная классификация Каменный
уголь по маркам: длиннопламенные (Д), газовые (Г), газовые жирные (ГЖ),
жирные (Ж), коксовые жирные (КЖ), коксовые (К), отощенные спекающиеся
(ОС), тощие (Т), слабоспекающиеся (СС), полуантрациты (ПА) и антрациты
(А). Иногда антрациты выделяются в отдельную группу. Для коксования
используются в основном Каменный уголь марок Г, Ж, К и ОС, частично Д и
Т. По мере перехода Каменный уголь от марки Д к маркам Т—А происходит
уменьшение влаги в рабочем топливе от 14% у Каменный уголь марки Д до
4,5—5,0% у марок Т—А; уменьшение содержания (в горючей массе) кислорода
от 15% до 1,5%; водорода — от 5,7% до 1,5%; содержание серы, азота и
золы не зависит от принадлежности к той или иной марке. Теплота сгорания
горючей массы Каменный уголь последовательно возрастает от 32,4 Мдж/кг
(7750 ккал/кг) у марки Д до 36,2—36,6 Мдж/кг (8650—8750 ккал/кг) у марки
К и снижается до 35,4—33,5 Мдж/кг (8450—8000 ккал/кг) у марок ПА и А.
По размеру получаемых при добыче кусков Каменный уголь классифицируется
на: плитный (П) — более 100 мм, крупный (К) — 50—100 мм, орех (О) —
26—50 мм, мелкий (М) — 13—25 мм, семечко (С) — 6—13 мм, штыб (Ш) — менее
6 мм, рядовой (Р) — не ограниченный размерами. Принадлежность к марке и
крупность кусков Каменный уголь обозначаются буквенными сочетаниями —
ДК и пр.
Примерно на таких же принципах, как в СССР, построены
классификации Каменный уголь в ряде стран Западной Европы. В США
наиболее распространена классификация Каменный уголь, основанная на
выходе летучих веществ и теплоте сгорания, по которой они делятся на
суббитуминозные с большим выходом летучих веществ (отвечает сов. маркам Д
и Г), битуминозные со средним выходом летучих веществ (соответствует
маркам ПЖ и К), битуминозные с малым выходом летучих веществ (ОС и Т) и
антрацитовые угли, разделяемые на семиантрациты (частично Т и А),
собственно антрациты и метаантрациты (А). Кроме того, существует
международная классификация Каменный уголь, основанная на содержании
летучих веществ, спекаемости, коксуемости и отображающая технологических
свойства углей.
Образование Каменный уголь характерно для всех
геологических систем начиная от силура и девона, очень широко Каменный
уголь распространены в отложениях каменноугольной, пермской и юрской
систем. Залегают Каменный уголь в виде пластов различной мощности (от
долей м и до нескольких десятков и более м). Глубина залегания углей
различна — от выхода на поверхность до 2000—2500 м и глубже. При
современном уровне горной техники добыча Каменный уголь может
производиться открытым способом до глубины 350 м.
