Одна из крупнейших отраслей топливно-энергетического комплекса – угольная промышленность.
Еще в эпоху СССР Россия стала признанным лидером в сфере добычи и обработки угля. Здесь залежи угля составляют примерно 1/3 от мировых запасов, в их число входит и бурый, и каменный уголь, и антрациты.
Российская Федерация занимает шестое место в мире по масштабам добычи угля, 2/3 которого применяют для получения энергии и тепла, 1/3 – в химической промышленности, малую часть транспортируют в Японию и Южную Корею. В среднем в российских угольных бассейнах добывается более 300 млн тонн в год.
Характеристика месторождений
Если посмотреть на карту России, то свыше 90 % месторождений расположено в восточной части страны, преимущественно в Сибири.
Если сравнивать объем добываемого угля, его общее количество, технические и географические условия, то наиболее значимыми из них можно назвать Кузнецкий, Тунгусский, Печорский и Иркутско-Черемховский бассейны.
, иначе Кузбасс, – самый крупный угольный бассейн в России, и крупнейший в мире.
Он расположен в Западной Сибири в неглубокой межгорной котловине. Крупная часть бассейна принадлежит землям Кемеровской области.
Значительным минусом является географическая удаленность от основных потребителей топлива – Камчатки, Сахалина, центральных регионов страны. Здесь добывается 56 % каменного и около 80 % коксующегося угля, приблизительно 200 млн тонн в год. Тип добычи открытый.
Канско-Ачинский угольный бассейн
Раскинулся вдоль Транссибирской магистрали по территории Красноярского края, Кемеровской и Иркутской области. 12 % всего российского бурого угля принадлежит этому бассейну, в 2012 году его количество составило 42 млн тонн.
Согласно информации, предоставленной геологической разведкой в 1979 году, общие запасы угля – 638 млрд тонн.
Нужно отметить, что здешний является самым дешевым в связи с его добычей открытым способом, имеет низкую транспортабельность и используется для обеспечения энергией местных предприятий.
Тунгусский угольный бассейн
Один из самых крупных и перспективных бассейнов России, занимает территории Якутии, Красноярского края и Иркутской области.
Если смотреть на карту, видно, что это больше половины Восточной Сибири.
Здешние запасы угля составляют около 2345 млрд тонн. Здесь залегают каменный и бурый уголь, малое количество антрацитов.
В настоящее время работы в бассейне ведутся слабо (из-за плохой изученности месторождения и сурового климата). За год в подземным способом добывается около 35,3 млн тонн.
Печорский бассейн
Находится на западном склоне кряжа Пай-Хой, является частью Ненецкого автономного округа и Республики Коми. Основные месторождения – Воркутинское, Воргашорское, Интинское.
Залежи большей частью представлены коксующимся углем высокого качества, обусловленного добычей исключительно шахтным способом.
В год добывается 12,6 млн тонн угля, что составляет 4 % от общего объема. Потребители твердого топлива – предприятия северо-европейской части России, в частности Череповецкий металлургический завод.
Иркутско-Черемховский бассейн
Тянется вдоль Верхнего Саяна от Нижнеудинска до озера Байкал. Разделяется на Прибайкальскую и Присаянскую ветви. Объем добычи – 3,4 %, способ добычи открытый. Месторождение удалено от крупных потребителей, доставка затруднена, поэтому местный уголь используется в основном на иркутских предприятиях. Запас – около 7,5 млрд тонн угля.
Проблемы отрасли
В наши дни активная добыча угля ведется в Кузнецком, Канско-Ачинском, Печорском и Иркутско-Черемховском бассейнах, планируется развитие Тунгусского бассейна. Основной метод добычи открытый, этот выбор обусловлен его относительной дешевизной и безопасностью для работников. Минус данного способа в том, что весьма страдает качество угля.
Главная проблема, с которой сталкиваются вышеуказанные бассейны, – трудности доставки топлива в отдаленные регионы, в связи с этим необходима модернизация сибирских железнодорожных путей. Несмотря на это, угольная промышленность – одна из самых перспективных отраслей российской экономики (по данным предварительной оценки, залежей российского угля должно хватить более чем на 500 лет).
Каменный уголь - осадочная порода, которая образуется в земном пласте. Уголь - превосходное топливо. Считается, что это самый древний вид топлива, который использовали наши далекие предки.
Как образуется каменный уголь
Для образования угля необходимо огромное количество растительной массы. И лучше, если растения накапливаются в одном месте и не успевают разлагаться полностью. Идеальное место для этого - болота. Вода в них бедна кислородом, что препятствует жизнедеятельности бактерий.
В болотах накапливается растительная масса. Не успевая полностью сгнить, она спрессовывается следующими отложениями почвы. Так получается торф - исходный материал для угля. Следующие пласты почвы как бы запечатывают торф в земле. В результате он полностью лишается доступа кислорода и воды и превращается в угольный пласт. Процесс этот длительный. Так, большая часть современных запасов каменного угля образовались в эпоху палеозоя, т. е. более 300 млн. лет назад.
Характеристики и виды каменного угля
(Бурый уголь )
Химический состав угля зависит от его возраста.
Самый молодой вид - бурый уголь. Он залегает на глубине порядка 1 км. Воды в нем еще много - около 43%. Содержит большое количество летучих веществ. Хорошо воспламеняется и горит, но тепла дает мало.
Каменный уголь - этакий "середнячок" в этой классификации. Залегает он на глубинах до 3 км. Так как давление верхних пластов больше, то и содержание воды в каменном угле меньше - около 12%, летучих веществ - до 32%, зато углерода содержится от 75% до 95%. Он также легко воспламеняется, но горит лучше. А за счет малого количества влаги дает больше тепла.
Антрацит - более древняя порода. Залегает на глубинах порядка 5 км. В нем больше углерода и практически нет влаги. Антрацит - твердое топливо, плохо воспламеняется, зато удельная теплота сгорания самая высокая - до 7400 ккал/кг.
(Уголь антрацит )
Впрочем, антрацит - это не конечная стадия преобразования органического вещества. Попадая в более жесткие условия, уголь трансформируется в шунтит. При более высоких температурах получается графит. А испытывая сверхвысокое давление, уголь превращается в алмаз. Все эти вещества - от растения до алмаза - состоят из углерода, только молекулярная структура разная.
Помимо основных "ингредиентов" в состав угля часто входят различные "породы". Это примеси, которые не сгорают, а образуют шлак. Содержится в угле и сера, причем ее содержание обуславливается местом образования угля. При сгорании она взаимодействует с кислородом и образует серную кислоту. Чем меньше примеси в составе угля, тем выше ценится его сорт.
Месторождение каменного угля
Место залегания каменного угля называют угольным бассейном. В мире известно свыше 3,6 тысяч угольных бассейнов. Их площадь занимает около 15% территории земной суши. Самый большой процент залежей мирового запаса угля в США - 23%.На втором месте - Россия, 13%. Замыкает тройку стран-лидеров Китай - 11%. Самые крупные залежи угля в мире находятся в США. Это Аппалачский каменноугольный бассейн, чьи запасы превышают отметку в 1600 млрд. тонн.
В России самый большой угольной бассейн - Кузнецкий, что в Кемеровской области. Запасы Кузбасса составляют 640 млрд. тонн.
Перспективна разработка месторождений в Якутии (Эльгинское) и в Тыве (Элегестское).
Добыча каменного угля
В зависимости от глубины залегания угля применяют либо закрытый способ добычи, либо открытый.
Закрытый, или подземный метод добычи. Для этого метода строят шахтные стволы и штольни. Шахтные стволы строят, если глубина залегания угля 45 метров и выше. От нее ведут горизонтальный тоннель - штольню.
Существуют 2 системы закрытой добычи: камерно-столбовая и добыча длинными очистными забоями. Первая система менее экономична. Ее используют лишь в тех случаях, когда обнаруженные пласты мощные. Вторая система гораздо безопаснее и практичнее. Она позволяет извлекать до 80% породы и равномерно доставлять уголь на поверхность.
Открытый метод применяют, когда уголь залегает неглубоко. Для начала проводят анализ твердости почвы, выясняют степень выветриваемости почвы и слоистость покрывающего слоя. Если грунт над пластами угля мягкий, достаточно использования бульдозеров и скреперов. Если верхний пласт толстый, то пригоняют экскаваторы и драглайны. Пролегающий над углем мощный слой твердой породы взрывают.
Применение каменного угля
Область использования каменного угля просто огромна.
Из угля добывают серу, ванадий, германий, цинк, свинец.
Сам уголь - превосходное топливо.
Используется в металлургии для выплавки железа, при производстве чугуна, стали.
Полученную после сжигания угля золу используют в производстве строительных материалов.
Из угля после его специальной обработки получают бензол и ксилол, которые используют в производстве лаков, красок, растворителей, линолеума.
Путем сжижения угля получают первоклассное жидкое топливо.
Уголь - сырье для получения графита. А также нафталина и еще ряда ароматических соединений.
В результате химической обработки каменного угля на сегодняшний день получают свыше 400 видов промышленных продуктов.
Россия может похвастаться самыми щедрыми месторождениями угля, однако зачастую они находятся в труднодоступных регионах, что осложняет их освоение. Кроме того, не все залежи являются извлекаемыми по геологическим причинам. Предлагаем вашему вниманию рейтинг угольных бассейнов мира, таящих в себе колоссальные природные богатства, большая часть которых так и останется в недрах земли, не будучи извлечённой на поверхность.
Тунгусский бассейн, Россия (запасы угля — 2,299 трлн тонн)
Бесспорное мировое лидерство по критерию объёма залежей угля принадлежит российскому Тунгусскому бассейну, который занимает площадь более миллиона квадратных километров и охватывает территории Иркутской области, Якутии и Красноярского края. Запасы блока насчитывают 2,299 трлн тонн каменного и бурого угля. О полномасштабной разработке месторождений бассейна говорить преждевременно, поскольку большая часть зон возможной добычи ещё мало изучена ввиду расположения в труднодоступных районах. На тех участках, которые уже разведаны, ведётся добыча открытым и подземным способами.
Кайерканский угольный разрез, Красноярский край
Ленский бассейн, Россия (1,647 трлн тонн)
В Якутии и частично в Красноярском крае расположился второй из самых крупных в мире угольных бассейнов — Ленский — с запасами в 1,647 трлн тонн бурого и каменного угля. Основная часть блока находится в бассейне реки Лены, в районе Центральноякутской низменности. Площадь угольного бассейна достигает 750 тыс. квадратных километров. Как и Тунгусский бассейн, Ленский блок изучен в недостаточной степени из-за труднодоступности района. Добыча осуществляется на шахтах и разрезах. На Сангарской шахте, закрытой в 1998 году, спустя два года начался пожар, который не потушен до сих пор.
Заброшенная шахта "Сангарская", Якутия
Канско-Ачинский бассейн, Россия (638 млрд тонн)
Третья позиция в рейтинге крупнейших угольных блоков мира досталась Канско-Ачинскому бассейну, запасы которого насчитывают 638 млрд тонн угля, по большей части бурого. Протяжённость бассейна составляет около 800 километров вдоль Транссибирской магистрали. Блок расположен в Красноярском крае, Иркутской и Кемеровской областях. На его территории открыты около трёх десятков месторождений. Бассейн характеризуется нормальными геологическими условиями для разработки. Ввиду неглубокого залегания пластов освоение участков проходит карьерным способом.
Угольный разрез "Бородинский", Красноярский край
Кузбасс, Россия (635 млрд тонн)
Кузнецкий бассейн является одним из самых масштабных из освоенных блоков на территории страны. Геологические запасы угля Кузбасса оцениваются в 635 млрд тонн. Бассейн находится в пределах Кемеровской области и частично в Алтайском крае и Новосибирской области, где добываются суббитуминозный уголь и антрацит соответственно. В Кузбассе преобладающим является подземный способ добычи, который позволяет извлекать более качественный уголь. Ещё 30% объёма топлива добывается открытым способом. Остальной уголь — не более 5% — извлекается гидравлическим способом.
Разрез "Бачатский", Кемеровская область
Иллинойсский бассейн, США (365 млрд тонн)
Пятым по объёму угольных запасов в мире числится Иллинойсский бассейн площадью 122 тыс. квадратных километров, расположенный в одноимённом штате, а также на территориях соседних регионов — Кентукки и Индианы. Геологические каменноугольные запасы достигают величины в 365 млрд тонн, из них для открытой разработки доступны 18 млрд тонн. Глубина добычи средняя — в пределах 150 метров. До 90% добываемого угля дают лишь два из девяти имеющихся пластов — "Харрисбург" и "Херрин". Примерно такое же количество угля идёт на нужды теплоэнергетической отрасли, остальные объёмы коксуются.
Угольная шахта Crown III, штат Иллинойс, США
Рурский бассейн, Германия (287 млрд тонн)
Знаменитый немецкий Рурский блок размещается в бассейне одноименной реки, являющейся правым притоком Рейна. Это один из самых старых участков угледобычи, известный ещё с тринадцатого века. Промышленные запасы каменного угля залегают на площади 6,2 тыс. квадратных километров, на уровне глубин до двух километров, однако в целом геологические толщи, общий вес которых находится в пределах 287 млрд тонн, достигают шести километров. Порядка 65% залежей составляет коксующийся уголь. Добыча производится исключительно подземным способом. Максимальная глубина шахт в районе промысла — 940 метров (шахта "Гуго").
Рабочие угольной шахты Auguste Victoria, Марль, Германия
Аппалачский бассейн, США (284 млрд тонн)
В восточной части США, на территории штатов Пенсильвания, Мэриленд, Огайо, Западная Виргиния, Кентукки и Алабама, расположился Аппалачский каменноугольный бассейн с запасами в 284 млрд тонн ископаемого топлива. Площадь бассейна достигает 180 тыс. квадратных километров. В блоке насчитывается около трёх сотен районов угледобычи. В Аппалачах сосредоточены 95% шахт страны, а также примерно 85% карьеров. На угледобывающих предприятиях бассейна заняты 78% работников отрасли. Добыча 45% угля осуществляется открытым способом.
Удаление горных вершин для добычи угля, Западная Виргиния, США
Печорский бассейн, Россия (265 млрд тонн)
В Ненецком АО и Коми находится восьмой по величине запасов угольный бассейн мира площадью 90 квадратных километров — Печорский. Залежи угля данного блока составляют 265 млрд тонн. Промысел ведётся в районах многолетней мерзлоты, в лесотундре и тундре. Кроме того, тяжёлые условия добычи связаны с тем, что пласты залегают неравномерно и характеризуются высоким уровнем метаноносности. Работа в шахтах опасна из-за высоких концентраций газа и пыли. Большинство шахт были построены непосредственно в Инте и Воркуте. Глубина разработки участков достигает 900 метров.
Разрез "Юньягинский", г. Воркута, Республика Коми
Таймырский бассейн, Россия (217 млрд тонн)
Ещё один российский угольный блок вошёл в мировую десятку — Таймырский бассейн, который находится на территории одноименного полуострова и занимает площадь 80 тыс. квадратных километров. Строение пластов сложное, часть залежей угля пригодна для коксования, а большинство запасов составляют энергетические марки. Несмотря на значительные объёмы запасов топлива — 217 млрд тонн — в настоящее время месторождения бассейна не разрабатываются. Перспективы освоения блока достаточно туманны ввиду его удалённости от потенциальных потребителей.
Слои каменного угля по правому берегу реки Шренк, полуостров Таймыр
Донбасс — Украина, РФ, ДНР и ЛНР (141 млрд тонн)
Замыкает рейтинг крупнейших угольных бассейнов Донбасс с объёмом залежей в 141 млрд тонн, который охватывает территорию российской Ростовской области и ряд регионов Украины. На украинской стороне часть административной территории в зоне бассейна охвачена вооружённым конфликтом, не контролируется киевскими властями, находясь при этом под управлением непризнанных республик — ДНР и ЛНР в Донецкой и Луганской областях соответственно. Площадь бассейна составляет 60 тыс. квадратных километров. В блоке распространены все основные марки каменного угля. Донбасс интенсивно осваивается продолжительное время — с конца 19-го века.
Шахта "Обуховская", г. Зверево, Ростовская область
Приведённый выше рейтинг ни в коей мере не отображает реальной ситуации с показателями разработки месторождений, а лишь показывает масштаб крупнейших геологических запасов мира без привязки к фактическим уровням разведки и извлечения полезных ископаемых в той или иной стране. Суммарное количество доказанных запасов на всех месторождениях в государствах, которые являются лидерами угледобывающей отрасли, значительно меньше, чем объём геологических залежей даже в одном крупном бассейне.
Из приведённой диаграммы очевидно, что нет зависимости не только между объёмами доказанных и общих геологических запасов. Отсутствует также связь между масштабами крупнейших бассейнов и доказанным количеством угля в странах, в которых они находятся. К примеру, несмотря на то, что в России расположены четыре самых крупных бассейна в мире, по объёмам доказанных запасов страна уступает лидерство США.
Рейтинги показывают богатство российских недр, но вовсе не возможность их освоения. В свою очередь, показатели добычи зависят от других факторов. К примеру, напомним, Пронедра писали ранее, что Россия в 2017 году нарастит экспорт угля . Решения такого рода принимаются с учётом ряда условий, не зависящих от объёма запасов. Речь идёт о сложности работы на месторождениях, применяемых технологиях, экономической целесообразности, политике властей и позиции отраслевых операторов.
С древности каменный уголь является источником энергии для человечества, не единственным, но широко применяемым. Иногда его сравнивают с солнечной энергией, законсервированной в камне. Его сжигают, получая тепло для отопления, нагревая воду, на тепловых станциях преобразуют в электричество, используют для выплавки металлов.
С развитием новых технологий научились использовать каменный уголь не только для получения энергии путем сжигания. Химическая промышленность успешно освоила технологии производства , редких металлов — галлия и германия. Извлекаются из него композиционные углеграфитовые материалы с высоким содержанием углерода, газообразное топливо высокой калорийности, отработаны методики производства пластмассы. Самый низкосортный уголь, его очень мелкую фракцию и угольную пыль перерабатывают и , которые отлично подходят для отопления как производственных помещений так и частных домов. Всего с помощью химической переработки каменного угля производят более 400 наименований продукции, стоить которые могут в десятки раз больше, чем исходный продукт.
Люди уже несколько веков активно используют уголь как топливо для получения и преобразования энергии, с развитием химической промышленности и потребностей редких и ценных материалов в других отраслях потребность в каменном угле возрастает. Поэтому интенсивно ведется разведка новых месторождений, строятся карьеры и шахты, предприятия по переработки сырья.
Кратко о происхождении каменного угля
На нашей планете много миллионов лет тому назад во влажном климате бурно развивалась растительность. С тех пор минуло 210…280 миллионов лет. Тысячелетиями, миллионами лет миллиарды тонн растительности отмирали, скапливались на дне болот, покрывались слоями наносов. Медленное разложение в бескислородной атмосфере под мощным прессом воды, песка, других пород, иногда в условиях высоких температур из-за близкого расположения магмы, привело к окаменению слоев этой растительности, с постепенным перерождением в уголь разной степени углефикации.
Основные российские месторождения и добыча каменного угля
На планете насчитывают запасы каменного угля выше 15 триллионов тонн. Самые большие добычи полезных ископаемых приходятся на каменный уголь, примерно по 0,7 тонны на человека, это более 2,6 миллиарда тонн в год. В России каменный уголь имеется в разных регионах. Он имеет разные характеристики, особенности и глубину залегания. Вот наиболее крупные и успешно разрабатываемые бассейны каменного угля:
Активное использование сибирских и дальневосточных месторождений ограничивает их удаленность от промышленных европейских регионов. В западной части России также добывается уголь с отличными показателями: в Печерском, Донецком угольных бассейнах. В Ростовской области активно разрабатывают локальные месторождения, наиболее перспективное из них — Гуковское. Переработка каменного угля с этих месторождений дает марки каменного угля высокого качества — антрациты (АС и АО).
Основные качественные характеристики каменного угля
Для разных отраслей промышленности требуется различные марки угля. Качественные показатели его изменяются в широких пределах даже у тех, которые имеют одинаковую маркировку и во многом зависят о месторождения. Поэтому предприятия, прежде чем закупать уголь, знакомятся с такими его физическими характеристиками:
По степени обогащения каменный уголь разделяют:
- — Концентраты (сжигают для отопления в паровых котлах и получения электроэнергии);
- — Промышленные продукты, используются в металлургической отрасли;
- — Шлам, фактически это мелкая фракция (до 6мм) и пыль после дробления породы. Сжигать такое топливо проблематично, потому из него формуют брикеты, имеющиех хорошие эксплуатационные характеристики и используют в бытовых твердотопливных котлах.
По степени углефикации:
- — Бурый уголь, это частично сформированный каменный уголь. Имеет невысокую теплоту сгорания, при перевозке и хранении крошится, имеет склонность к самовозгоранию;
- — Каменный уголь. Имеет множество разных марок (сортов) с различными характеристиками. Имеет широкую область использования: металлургия, энергетика, ЖКХ, химическая промышленность и т.п.
- — Антрациты — самая качественная форма каменного угля.
Если сравнивать торф и каменный уголь, теплота сгорания угля выше. Самая низкая теплота сгорания у бурого угля, самая высокая — у антрацитов. Однако, исходя из экономической целесообразности, большим спросом пользуется простой каменный уголь. У него оптимальное сочетание цены и удельной теплоты горения.
Различных характеристик угля очень много, но далеко не все из них могут иметь значение при выборе угля для отопления. В этом случае важно знать всего несколько ключевых параметров: зольность, влажность и удельную теплоемкость. Может быть важно содержание серы. Остальные требуются при подборе сырья на переработку. Что важно знать при выборе угля, так это размеры: насколько крупные куски вам предлагают. Эти данные зашифрованы в названии марки.
Классификация по размерам:
Классификация по маркам и их краткая характеристика:
В зависимости от характеристик каменного угля, его марки, типа и фракции хранится он разное время. (В статье есть таблица, где указаны сроки хранения угля в зависимости от месторождения и марки).
Особое внимание нужно уделять защите угля при длительном его хранении (более 6 месяцев). В этом случае требуется специальный угольный сарай или бункер, где топливо будет защищено от осадков и прямого солнечного света.
Большие кучи угля при длительном хранении требуют контроля температуры, так как при наличии мелких фракций в сочетании с влагой и высокой температурой имеют склонность к самовозгоранию. Желательно приобрести электронный термометр и термопару с длинным шнуром, которую закопать в центре угольной кучи. Проверять температуру нужно один-два раза в неделю, потому что некоторые марки угля самовозгораются при совсем невысоких температурах: бурые – при 40-60 о C, остальные – 60-70 о C. Редко случаются случаи самовозгорания антрацитов и полуантрацитов (в России такие случаи не зарегистрированы).
