Основные характеристики и определения

Уголь ископаемый –твердая горючая порода растительного происхождения (с содержанием минеральных примесей – золы), которая может быть экономически выгодно использована в качестве топлива или сырья металлургии, химии и т.д.

Большинство углей образовалось в каменноугольном периоде палеозойской геологической эры (в карбоне – от латинского «carbonis» – уголь), который начался около 330 млн. лет назад и продолжался 55-75 млн. лет. Процесс углеобразования носил прерывистый, циклический характер. Последующие геологические процессы привели к тому, что ископаемые угли являются результатом метаморфизма продуктов разложения высших (обычно древесных) растений, спор и смоляных тел (метаморфизм – процесс изменения структуры, минералогического, а иногда и химического состава горных пород в земной коре под влиянием температуры, давления и химических взаимодействий).

Показатели степени метаморфизма:

Ø содержание углерода, С% (чем выше степень метаморфизма, тем больше С);

Ø теплота сгорания, пересчитанная на единицу сухой беззольной массы, Q, МДж/кг (тенденция изменения аналогична С);

Ø выход летучих веществ, V^г %, которые образуются при нагревании угля без доступа воздуха до 850°. Этот показатель рассчитывается на единицу сухой общей массы угля (тенденция изменения обратна С);

Ø влажность, W % – количество влаги, которое выделяется при нагревании угля до 105° (тенденция изменения в основном аналогична V^г );

Ø плотность (объемный вес), γ, т/м³ (тенденция изменения аналогична С).

По степени метаморфизма выделяют три вида углей: бурые, каменные, антрациты.

Бурые угли претерпели минимальный метаморфизм (С=67-78%, Q≤ 30 МДж/кг; V^г=41-50 %; W=10-25%; γ =1,1-1,2 т/м³).

Каменные угли претерпели метаморфизм средней степени (С=75-95%, Q≤ 31-33 МДж/кг; V^г=8-35 %; W=3-12 %; γ =1,25-1,4 т/м³).

Антрациты претерпели наиболее высокую степень метаморфизма (С=92-97 %, Q≤ 33 МДж/кг; V^г≤8%; W=2-4 %; γ =1,4-1,8 т/м³).

Бурые угли и антрациты преимущественно используются в качестве энергетического сырья. При этом бурые угли требуют брикетирования или переработки на синтетическое топливо.

Каменные угли покрывают весь спектр потребностей (энергетика, металлургия, химия и т.д.). Поэтому вид углей делят на марки и группы, каждая из которых обеспечивает узкую потребность. В Донбассе выделяют следующие основные марки каменного угля: Д – длиннопламенный; Г – газовый; ГЖ – газовый жирный; Ж – жирный; КЖ – коксовый жирный; К - коксующийся; ОС – отощенно-спекающийся; СС – слабоспекающийся; Т – тощий.

Угольные месторождения, как правило, расположены в толще осадочных горных пород земной коры. Горные породы – естественные минеральные агрегаты более или менее постоянного состава и строения, слагающие земную кору и залегающие в ней в виде относительно самостоятельных тел. Осадочные – горные породы, которые образовались в ходе разрушения, переноса и накопления мельчайших фракций других пород (песчано-глинистого строения), химического выпадения растворенных в водоемах веществ, а также – жизнедеятельности микроорганизмов.

Осадочные породы в основном представлены чередующимися слоями песчаников, известняков, аргиллитов, алевролитов, глинистых, песчано-глинистых, песчаных и углистых сланцев. Свойства горных пород изучает наука «литология». Краткая характеристика осадочных пород представлена в таблице 2.1. Часть осадочных пород, выходящую на дневную поверхность, принято называть наносами.

В горном деле слои пород принято называть пластами. В силу этого угольные месторождения в недрах Земли представлены угольными пластами. Угольный пласт – расположенное на определенной глубине тело в форме монолитной плиты угля между двумя приблизительно параллельными поверхностями. Горные породы, в которых заключен угольный пласт, принято называть боковыми породами пласта. При этом породы, покрывающиепласт, именуют его кровлей, а породы, подстилающие пласт – почвой. Если пласт наклонен к горизонту более чем на 45 градусов, то кровлю именуют висячимбоком, а почву – лежачим боком пласта (рис. ).

В одном и том же районе Земли можно наблюдать несколько пластов, разделенных слоями осадочных пород. Последовательность формирования угленосной толщи карбона изучается наукой «стратиграфией» и иллюстрируется таблицей 2.2. Единицами этого описания служат слоеносные формации, называемые свитами. Свита – это несколько согласно залегающих пластов (слоев) горных пород определенного состава и условий образования, имеющих распространение в данном географическом районе Земли. Свиты, пласты и слои пород нумеруют подстрочными цифровыми индексами. Чем меньше значение индекса, тем более ранние стадии образования пластов и свит.

Площадное распространение угольных месторождений по поверхности Земли принято связывать с конкретными зонами их непрерывного проявления, именуя такие зоны месторождениями или угольными бассейнами. Угольный бассейн – площадь сплошного или островного развития угленосных отложений, которая характеризуется общностью условий происхождения в течение одного геологического отрезка времени. На Украине выявлено несколько крупных угольных бассейнов каменных углей, антрацитов и бурых углей (рис. ).

В пределах угольного бассейна выделяют геолого-промышленные районы – часть бассейна, которая характеризуется не только едиными геологическими условиями, но и общностью экономических, географических и исторических особенностей развития. В Донецком, наиболее освоенном угольном бассейне Украины, выделено 13 геолого-промышленных районов (рис. ):

1 – Южно-Донбасский район характеризуется залеганием углей марок Ж, КЖ, К и ОС; каменноугольные отложения представлены свитами С¹₁, С²₁, С³₁, С⁴₁, С⁵₁ , из них промышленное значение представляет свита С³₁, в состав которой входят пласты: , , , с₁₁, с₁₃, , , с₁₈;

2 – Красноармейский район характеризуется залеганием газовых и только в южной части – длиннопламенных углей; представлен свитами пластов: С¹₂ (основной промышленный угольный пласт f₁), С²₂ (основной промышленный угольный пласт g₁), С³₂ (основные промышленные угольные пласты: h₁, h₁₀), С⁵₂ ( основные промышленные угольные пласты: k₅, k₇, k₈), С⁶₂ (основные промышленные угольные пласты: 1₁, 1₃, 1₆, 1₇, 1₈), С⁷₂ (основные промышленные угольные пласты: m₂, m₃, m²₄), С¹₃ (основной промышленный угольный пласт n₁);

3 – Донецко-Макеевский район характеризуется залеганием углей марок Ж, КЖ, К и ОС; представлен свитами пластов: С³₂ (основные промышленные угольные пласты: h₃, h₇, h₈, h₁₀), C⁵₂ (основной промышленный угольный пласт k₈), С⁶₂ (основные промышленные угольные пласты: 1₁, 1₃, 1₄, 1₈), С⁷₂ (основной промышленный угольный пласт m₃), С⁴₃ (основной промышленный угольный пласт n₁);

4 – Торезо-Снежнянский район характеризуется залеганием углей марок Т, ОС и А; представлен свитами пластов: С³₂ (основные промышленные угольные пласты: h¹₂, h₃, h¹₃, h₇, h₈), C⁵₂ (пласт k₂), С⁶₂ (пласты: 1₃, 1₇), С⁷₂ (пласты: m₃, m₉);

5 – Центральный район характеризуется залеганием углей от газовых до тощих (преобладают марки Ж, КЖ, К, ОС); представлен свитами пластов: C⁵₂ (основные промышленные угольные пласты: k₁, k₂, k₃, k₄, k₅), С⁶₂ (основные промышленные угольные пласты: 1₁, 1¹₂, 1₃, 1₄, 1₅), С⁷₂ (большинство пластов рабочей мощности); С⁷₂ (пласты: m₃, m¹₅, m¹₆) ???????? ;

6 –Лисичанский район характеризуется залеганием углей марки Д, которые на юго-востоке переходят в газовые (Г), пригодные для полукоксования; представлен свитами пластов: С³₂ (основные промышленные угольные пласты: h₁₀, h₁₁), C⁵₂ (основные промышленные угольные пласты: k₃, k₅, k₆, k₈), С⁶₂ (пласты: 1¹₂, 1₃, 1^в₄, 1^в₆, 1^н₈), С⁷₂ (пласты: m₃, m¹₅, m¹₆);

7 – Алмазно-Марьевский район характеризуется залеганием углей, состав которых изменяется с севера на юг от марок Г, Ж, КЖ, ОС, до марки Т; представлен свитами пластов: С³₂ (основной промышленный угольный пласт h₈), C⁴₂ (основной промышленный угольный пласт i₃), C⁵₂ (основной промышленный угольный пласт k₈), С⁶₂ (основные промышленные угольные пласты: 1₁, 1¹₂, 1₃, 1₄, 1₅, 1₆, 1₇, 1¹₈), С⁷₂ (основной промышленный угольный пласт m₃);

8 – Селезневский район характеризуется залеганием углей, относящихся к маркам Т, ПА (полуантрацит) – в южной части района, ОС, К - на северном крыле и в осевой части среди верхних пластов угля; максимальная общая мощность приурочена к свитам: С³₂ (основные промышленные угольные пласты: h₃, h₁₀), C⁵₂ (основные промышленные угольные пласты: k¹₃, k¹₅, k₆), С⁶₂ (основные промышленные угольные пласты: 1₁, 1¹₂, 1₅, 1₆), С⁷₂ (основной промышленный угольный пласт m₃);

9 – Луганский район характеризуется залеганием углей, значительная часть которых, особенно на юге района, относится к марке Г и пригодна при кокосовании, а угли марок Ж, К и ОС имеют значительное распространение; максимальная общая мощность приурочена к свитам: С³₂ (основные промышленные угольные пласты: h₆, h₇), C⁴₂ (пласт i₃), C⁵₂ (пласты: k₂, k₃, k₆, k₇, k¹₇, k₈), С⁶₂ (пласты: 1₁, 1₂, 1¹₂, 1₆, 1₇), С⁷₂ (пласты: m₃, m¹₅, m¹₆);

10 – Краснодонский район характеризуется залеганием углей марок Г, Ж, КЖ, К, ОС, Т, ПА; представлен свитами пластов: С³₂ (основные промышленные угольные пласты: h¹₈, h^в₁₁), C⁴₂ (пласты: i₃, i¹₃), C⁵₂ (пласты: k^н₂, k^в₂, k₅, k¹₇), С⁶₂ (пласты: 1¹₂, 1₃, 1₆), С⁷₂ (пласт m₃);

11 – Ореховский район характеризуется залеганием антрацитов и полуантрацитов; представлен пластами: h₂, h₃, h₇, h₈, h₁₀, h¹₁₀ свиты С³₂;

12 – Боково-Хрустальский район характеризуется залеганием антрацитов и полуантрацитов; представлен свитами пластов: С³₂ (основные промышленные угольные пласты: h₇, h₈, h₁₀, h₁₁), C⁵₂ (пласты: k₅, k¹₇), С⁶₂ (пласты: 1₁, 1₂, 1¹₂, 1₃, 1¹₃, 1₄, 1₅, 1₈), С⁷₂ (пласты: m₃, m¹₅, m^в₇);

13 – Должано-Ровенецкий район характеризуется залеганием высококачественных антрацитов; представлен свитами пластов: С³₂ (основные промышленные угольные пласты: h₇, h₈, h₁₀, h₁₁), C⁴₂ (пласт i₃), C⁵₂ (пласты: k¹₃, k₅, k¹₅, k₆, k¹₇), С⁶₂ (пласты: 1₁, 1₂, , 1¹₂, 1₃, 1¹₃, 1₄, 1₅, 1₆, 1₈).