Как добывают антрацит: физические свойства, виды, применение, добыча

физические свойства, виды, применение, добыча

АНТРАЦИТ (от греч. anthrakitis — вид угля * а. anthracite, hard соal; н. Anthrazit; ф. anthracite, и. antracita) — ископаемый уголь наиболее высокой степени углефикации (метаморфизма).

Характеристика антрацитов

Цвет серовато-чёрный и чёрно-серый, блеск металлический, черта на поверхности неглазированного фарфора бархатисто-чёрная. Не спекается. Обладает высокими плотностью органической массы (1500-1700 кг/м3) и электропроводностью. Твёрдость по минералогической шкале 2,0-2,5. Под микроскопом в тонких шлифах антрацит плохо просвечивает, в отражённом свете — гелифицированные компоненты плеохроируют от ярко- и желтовато-белых до светлосерых и серых цветов; анизотропен. Переход в результате метаморфизма каменных углей в антрацит происходил постепенно; в CCCP (ГОСТ 21489-76) граница между ними принята по отражательной способности витринита (см. Витринита группа) в масляной иммерсии (для антрацита R0 2,5%). Содержание углерода в органической массе антрацита 94-97%, водорода 1-3%, удельная теплота сгорания: Qsdaf 33,8-35,2 МДж/кг, Qjr 23,9- 31,0 МДж/кг.

Наибольшее количество антрацита образовалось в результате регионального метаморфизма при погружении угленосных толщ в область повышенных температур и давлений. Роль термального и контактового метаморфизма в образовании антрацита ограничена, зависит от мощности магматических тел, их типа, глубин внедрения, расстояния от них до углей, подвергшихся тепловому воздействию. Температура при формировании антрацита в условиях регионального метаморфизма находилась, по-видимому, в интервале 350-550°С, что наряду с изменением давления, особенностями исходного материала и другими причинами привело к образованию антрацита с различными свойствами.

Марки антрацита

В ряде ранее действующих классификаций антрациты подразделялись на марки ПА (полуантрациты) и А (антрациты). Во вновь введённых государственных стандартах на классификации углей и антрацит основных бассейнов и месторождений CCCP марка ПА не предусмотрена. Классификационные параметры, принятые в стандартах: выход летучих веществ Vdaf и объёмный выход летучих веществ Voбdaf. Для антрацита основных бассейнов Voбdaf 0,22 м3/кг, Vdaf менее 8% в Донецком бассейне менее 9% в Горловском бассейне в качестве дополнительного параметра в Донецком бассейне принят показатель теплоты сгорания Qsdaf — менее 35,2 МДж/кг.

Реклама


Добыча антрацита

В CCCP антрациты выявлены в Донецком (основные запасы), Горловском, Тунгусском, Таймырском бассейнах, а также в угольных бассейнах и на месторождениях Урала и Магаданской области РСФСР. Наличие высокометаморфизованных углей, в т.ч. антрацита, известно в Кузнецком, Печорском, Узгенском бассейнах, на месторождении Кугитанг (Туркменская CCP). Достоверные геологические запасы антрацита в CCCP (1980) свыше 14 млрд. т; годовая добыча более 60 млн. т, в т.ч. в Донбассе 99,3% общего объёма добычи антрацита. Наибольшее количество шахт, добывающих антрацит, находятся в ПО «Донбассантрацит», «Ростовуголь», «Гуковуголь», «Торезантрацит», «Шахтёрскантрацит», «Свердловантрацит». Производственная мощность отдельных шахт 3 млн. т в год и более.

Применение антрацита

Антрацит широко применяется как высококачественное бездымное энергетическое топливо, а также как технологическое сырьё в чёрной и цветной металлургии, химической, электротехнической промышленности и ряде других производств, связанных с продуктами переработки антрацита. Для технологических целей важны повышенная механическая и термическая устойчивость антрацита, его электропроводность и низкий выход летучих веществ. Основные нетопливные направления: производство термоантрацита, углеграфитовых блоков, электродов, электрокорунда, карбидов кальция и кремния, термографита, микрофонного порошка, использование для агломерации железных руд, обжига карбонатных пород в технологических целях. Несмотря на относительно низкий процент потребления антрацита для технологических целей (от 0,12 до 7% в зависимости от вида производств), требования к его качеству по сравнению с топливно-энергетическим использованием являются наиболее высокими. Даже сравнительно небольшое ухудшение некоторых свойств антрацита часто отрицательно влияет на качество промышленный продукции.

Антрацит Русского Севера — Сергей Савчук

Сергей Савчук,
4 января 2018, 13:11 — REGNUM На прошедшей недавно ежегодной пресс-конференции Владимир Путин, перефразируя великого российского учёного Михаила Ломоносова, сказал дословно следующее — «Богатства России будут прирастать Арктикой».

След человека на льду

Модест Колеров © ИА REGNUM

Совершенно понятно, что это не пустые слова, под ними очень серьёзный анализ промышленного, экономического и военно-научного потенциала, так или иначе связанного с дальними северными краями. Здесь и отладка круглогодичной работы Севморпути, и планируемые объемы поставок по нему грузов, включая углеводородное топливо и оборудование для его добычи и переработки. Нельзя не упомянуть и о значительном «наступлении» на Арктику российского военного ведомства, которое активно наращивает своё присутствие в регионе, выполняя попутно такую жизненно необходимую задачу, как очистка Арктики от разнообразного мусора.

Работа начинается с уборки

Сама идея «уборки» родилась в 2010 году и была принята в виде закона РФ. Его разработкой занимались Русское географическое общество, «Полярный фонд» и предприятие «Севморгео». Был выполнен предварительный комплексный мониторинг состояния экосистем Земли Александры, Гукера, Грэм-Белла, Гофмана и многих других. Особое внимание было уделено очистке Земли Франца-Иосифа, которая считается неофициальным биозаповедником, где обитают крупные популяции гренландских китов, находятся крупнейшие птичьи базары и лежбища моржей. Здесь же находится национальный парк «Русская Арктика». Достаточно сказать, что к началу программы очистки свалки мусора только на ЗФИ оценивались в 250 тысяч бочек, в которых без какого-либо контроля продолжало находиться 60 тысяч тонн нефтепродуктов. Это без упоминания почти миллиона пустых металлических бочек и другого металлолома. На сегодняшний день Министерство обороны отчиталось о ликвидации более 35 тысяч тонн разнообразного мусора.

Арктика

Nps.gov

Чтобы уважаемых читателей не смущало наше лирическое отступление, скажем, что мы, как люди сугубо мирные, не рекламируем российскую армию, но отдаем должное её трудам на ниве спасения природы Русского Севера. В то же самое время нельзя отрицать, что прогресс человеческой цивилизации всегда шагал абсолютно синхронно с развитием военно-научной мысли. Активное строительство атомного ледокольного флота, не менее активное развитие нефтегазовых и прочих месторождений, а также вернувшийся интерес к этим местам у товарищей в погонах даёт надежду на то, что чудом выжившие в лихие 90-е российские городки и посёлки Севера получат шанс на возрождение и развитие.

Однако оставим экологию, атомную энергетику и рёв авиационных турбин профильным специалистам, не будем отбирать у них хлеб. Давайте продолжим наш разговор о природных богатствах этого неприветливого края вечной мерзлоты.

В нашей прошлой статье мы уже, пусть и очень поверхностно, рассмотрели, чем же интересен Таймыр в плане угледобычи и почему представители горнодобывающих компаний, работающих там, смотрят в будущее с совсем неосторожным оптимизмом. Декларируется намерение «полностью возродить Таймыр, а посёлок Дикси сделать полноценной столицей Арктики». Впечатляет, не правда ли? На чём же базируется такая уверенность руководства компаний, осваивающих этот не знающий жаркого лета регион?

Что нужно понимать

Сегодня в русской Арктике работают и зарабатывают свои деньги несколько крупных добывающих компаний. Здесь расположено 47 минерально-сырьевых центров углеводородов с 247 месторождениями с уже готовыми проектами разработки, или с такими, под которые начато формирование инфраструктуры. Это ни много ни мало 68% от общего числа месторождений Севера. Именно здесь добывается почти 85% российского природного газа и до 11% нефти. Думаем, теперь ни у кого не осталось вопросов, почему руководство РФ обращает на данный регион самое пристальное внимание, а недавно из порта Сабетта отправился первый пробный газовоз «Кристоф де Маржери», с помощью которого планируется оценить практические перспективы поставки СПГ по Севморпути. Однако, как всякий вшивый о бане, так и автор этих строк предлагает вам поговорить о близком для него виде полезного ископаемого, на которое в не меньшей степени делается ставка в этой игре, — об угле. Почему? Да хотя бы потому, что именно уголь в ближайшем будущем займёт основное место в арктических грузоперевозках. Если компания «Новатэк» планирует перевозить в 2025 году 17 млн тонн сжиженного природного газа производства проекта «Ямал СПГ», «Газпром» — 6 млн тонн нефти из Нового Порта, то «Востокуголь» резервирует под себя целых 30 млн тонн. Уже сегодня заключено соглашение о долгосрочном сотрудничестве с датской компанией Nordic Bulk Carriers. Заявленная цель сотрудничества с судоходной компанией — увеличение грузоперевозок с полуострова Таймыр до 30 млн тонн в год судами класса Panamax, а в дальнейшем — классов Bothnia и Barents. Не знаем, как других, а нас очень даже впечатляет.

Как помнят наши читатели, Таймырский угольный бассейн по объемам разведанных запасов входит в списки мировых лидеров — около 185 млрд тонн, львиная доля которых приходится на угли антрацитной группы. В настоящее время компания «Востокуголь» ведёт активную отработку разреза на лицензированном участке «Река малая Лемберова», расположенном максимально близко к береговой линии и, соответственно, порту, его прогнозные ресурсы оцениваются в 600 млн тонн. Выполняется плановое увеличение добычи, так, в 2016 году объем добычи угля составил около 1 млн тонн, в 2017 году этот показатель вырос до 3 млн тонн. В планах «Востокугля» увеличение суммарной выемки углей в Арктике до 30 млн тонн в год. Из интервью с Александром Исаевым, одним из совладельцев компании, известны и приблизительные цифры себестоимости. Так, добыча и транспортировка тонны угля в порт оценивается приблизительно в 20 долларов, её погрузка в судно — еще 5 долларов, фрахт до Амстердама — 20 долларов, и последнее, ледокольная проводка — ещё 10 долларов. Как видим, даже если цена на уголь в силу тех или иных причин резко рухнет, данная схема всё равно останется высоко прибыльной.

Что же собой представляют антрациты и почему они столь высоко ценятся?

Те, кто прочёл нашу предыдущую статью, помнят, что качество любого угля оценивается по нескольким базовым параметрам. В первую очередь это степень углефикации (метаморфизма), т. е. объем содержащегося в сухой массе углерода. Далее учитываются объемы находящихся в подчинённом положении кислорода, водорода, серы и других веществ. Их совокупность и взаимные объемы напрямую влияют на удельную теплоту сгорания и интенсивность горения. Для антрацитов можно говорить об удельной теплоте в 33,8—35,2 МДж/кг. Но не будем забегать вперёд.

Его величество чёрный король

Антрацит — это «классический» уголь, то есть осадочное горючее полезное ископаемое органического происхождения. Цвет его варьируется от серого до глубокого чёрного с металлическим блеском, что объясняется высокой плотностью органической массы (1’500−1’700 кг/м3) и хорошей электропроводностью. Угли антрацитной группы плохо спекаются, что это означает, мы рассмотрим ниже. Содержание углерода в органической массе антрацита стремится к 97%, содержание водорода лежит в пределах 1−3%, удельная теплота сгорания доходит до 35,2 МДж/кг. Твёрдость угля этого типа по минералогической шкале лежит в пределах 2,0−2,5, то есть он довольно твёрдый, в отличие от тех же бурых углей, которые значительно более хрупкие, да к тому же ещё при попадании на воздух начинают стремительно терять влагу и распадаться в мелочь.

Здесь мы сделаем ещё один маленький шажок в сторону, потому что обязаны упомянуть о той «границе», по которой определяется, где у нас ещё каменный уголь, а где уже антрацит. В СССР подобным мерилом был ГОСТ 21 489−76, а определяющим параметром — отражающая способность витринита, то есть строго определённой группы микрокомпонентов. Встречается антрацит относительно редко, это обусловлено ключевыми условиями его «созревания» в толще земных пород. Наш чёрный король может, спустя десятки и сотни миллионов лет, появиться на свет только в тех местах, где накопленная органическая масса подвергалась сверхмощному давлению породной толщи, но это не всё. Не менее важным является наличие, удалённость и интенсивность воздействия температуры магматических потоков, то есть в комплексе мы ведём речь о термобарических условиях. Современная наука считает, что уровень внешнего термического воздействия на органический компонент колебался в интервале 350−550°С. Здесь, по примеру с предыдущей статьёй, опять будет уместно провести параллель с винокурением. Зальёт любитель огненной воды в бак правильно подготовленную брагу, хорошенько его закупорит, выберет правильную силу огня, тщательно будет контролировать возгонку и дистилляцию — и через некоторое время получит благородный кальвадос. А если небрежно свалит всё в кучу и не будет следить за соблюдением технологии — на выходе в кружку будет капать свекольный самогон. В нашем варианте подобным мастером выступает сама матушка-природа, которой торопиться было некуда, поэтому мы сейчас наслаждаемся плодами её трудов, которые гудят длинным пламенем в топках и печах, согревая наши дома.

На первый-второй рассчитайся!

До недавнего времени в нашей стране была принята довольно сложная классификация антрацитов по маркам. Все угли данного типа делились на полуантрациты (ПА) и, собственно, антрациты (А).

Полуантрациты, стоящие на ступеньку выше, чем каменные тощие угли, обладают, как ни странно, большей теплотой сгорания, чем антрациты. Средние значения у этих братьев 35 МДж/кг и 33,7 МДж/кг соответственно. Странно, подумает пытливый читатель, почему же горит полуантрацит жарче, а котируется ниже? Всё очень просто. Любой уголь рождён, чтобы быть сожженным, и вот, сгорая, уголь разлагается на различные компоненты и фракции. Одним из ключевых параметров, определяющих в том числе качество угля, является выход летучих (ядовитых) веществ. Данный параметр позволяет не только определить качество угля, но и подобрать оптимальный вариант его применения. И, раз уж мы касаемся темы защиты внешней среды, то стоит заметить, что этот параметр задает и технические требования к системам фильтрации, газоулавливания для всех установок, на которых происходит сжигание угля. Давайте опять чуть-чуть вильнём в сторону и расширим горизонт понимания темы.

Летучие вещества в углях — это газообразные и парообразные продукты, образующиеся при пережигании углей в стандартных условиях, за которые принимается температура 850±10°С. При коксовании и полукоксовании, а также при термической обработке горючих сланцев эти самые летучие вещества собираются и используются в химической промышленности. Как у рачительного крестьянина каждый гвоздь в хозяйстве пригодится, так же и тут — всё в дом, точнее, в химпром. Коксование и полукоксование — технологические процессы настолько значимые, что заслуживают отдельных рассказов.

Поскольку угли это не только чёрная кайма вокруг глаз, но и целая наука петрология, то выход летучих веществ чётко стандартизирован. В почившем CCCP выход регламентировался государственными стандартами: ГОСТ 6382−75 для ископаемых углей, ГОСТ 7303−77 для антрацитов, ГОСТ 12 270−66 для горючих сланцев, ГОСТ 3929−75 для кокса. Эти нормативы без малейшей двойственности толкования говорят всем жаждущим знаний, что выход — это соотношение массы летучих веществ к единице массы топлива (в процентном значении и в пересчёте на сухое беззольное состояние топлива). Логично, что чем меньше выход летучих веществ, тем выше степень углефикации нашего уголька, то есть тем больше звонкой монеты за него можно получить. Выход летучих веществ для торфа составляет внушительные 70%, для горючих сланцев 70−85%, для бурых углей 60−33% (да-да, именно в сторону понижения), в каменных углях этот показатель равен уже 50−8%, а у углей антрацитной группы 9−2%.

Простите, господа и дамы, но в нашем горном вальсе надо ещё шажочек в сторону сделать. Антрациты стоят в стороне от остальных углей ещё и в том, что для них выход летучих веществ определяется не по массе, а по объёму. Так бывает, император глубин, знаете ли, положение обязывает быть не таким, как все. Соответственно, для нашего подземного величества формулировка выхода изменится на «объём газов, образовавшихся в результате термического разложения единицы массы антрацита». Почему именно газа? Очень просто. Поскольку все прочие угли уступают в качестве, то при их сжигании образуются летучие вещества, в значительной мере состоящие из различных тяжёлых фракций, которые, как непослушные дети, при малейшей возможности стремятся перейти в твёрдое или жидкое состояние. Ну не хотят летать, и всё тут. У антрацитов такой проблемы нет, при их сгорании летучих веществ образуется, во-первых, меньше, во-вторых, эти газы более «лёгкие». А газ удобнее всего измерять объёмом, правда?

А теперь, как в старенькой одесской песенке, сделаем шаг вперёд и два назад, то есть вернёмся к нашим полу‑ и полноценным антрацитам. Как мы уже говорили выше, у полуантрацитов объемный выход достигает 330 см3/кг, а у антрацитов этот показатель менее 220 см3/кг, то есть хоть полуантрациты и горят жарче, но при этом выделяют больше вредных веществ и газов, потому и ценятся ниже. Оба типа углей характеризуются высокой механической прочностью, что позволяет без проблем перевозить их на большие расстояния, тем более что оба подземных брата не имеют склонности к самовозгоранию. Оба типа считаются котельным топливом и наряду с некоторыми сортами каменных углей, например, тощими, сжигаются в топках.

Но и тут есть закавыка, да не одна. Первая в том, что сжигать такие угли можно только в специальных топках, оборудованных промбункером. Вторая в том, что ни полуантрациты, ни антрациты сами по себе не сжигаются, в огонь летит только их некондиционная часть, то есть отходы. Третья — эти самые отходы сжигать можно не абы где и как, а только послойно в печах и котлах с соответствующими топками. Отдельные марки антрацитов «поддерживают работу» с камерными топками. На напрашивающийся вопрос наших читателей мы готовы ответить — сжигаются только отходы потому, что уж больно качественный уголь перед нами, вы же не бросаете в реку золотые слитки, когда рядом есть обычная галька? Даже при наличии большого количества ПА и А сжигать их в топочных и котельных не рекомендуется всё равно, конечно, если у вас нет пары запасных комплектов колосников и много свободного времени на их постоянную замену. И тут мы подходим к очередному важному разделу, без которого нельзя составить общую угольную картину.

Маленькие по три, большие — по пять

Помимо своей «начинки», добытый уголь, как и пресловутые раки из бессмертного фельетона в исполнении Романа Карцева, оценивается по крупности, то есть по размеру его кусков. И тут опять команда «Стоп! Внимание!». Перед тем, как мы рассмотрим градацию всех углей по величине, просим вас запомнить ключевое — сорт угля определяется маркой угля и его крупностью. Переводя это в формулу для условных гуманитариев, получим следующее значение: сорт = марка + крупность куска.

Согласно ГОСТ 19 242−73 любой уголь по размеру подразделяется на две группы: сортовые угли и совмещенные, сюда же включают отсевы, т. е. совсем уж некондиционную мелочь (как говорится — не в строй и не в бой).

В сортовых углях принята следующая градация:

  • плитный уголь (маркировка — П), размер его кусков лежит в пределах 100−300 мм;
  • крупный (или кулак, маркировка — К), размер 50−100 мм;
  • орех (маркировка — О), размер 25−50 мм;
  • мелкий (маркировка — М), размер 13−25 мм;
  • семечко (да-да, именно с таким написанием, маркировка — С), размер 6−13 мм;
  • штыб (маркировка — Ш), размер от 0 до 6 мм.

Что касается совмещенных марок угля и отсевов, то тут поле ещё шире. Надеемся, читателям уже понятно, что в данном случае речь идёт о «смесях», состоящих из различных марок угля с различными размерами их кусков. Итак, тут принята следующая система деления:

  • крупный с плитным (маркировка — ПК), размер кусков 50−300 мм;
  • орех с крупным (маркировка — КО), размер 25−100 мм;
  • мелкий с орехом (МО), размер 13−50 мм;
  • семечко с мелким (МС), размер 6−25 мм;
  • семечко со штыбом (СШ), размер 0−13 мм;
  • мелкий с семечком и штыбом (МСШ), размер 0−25 мм;
  • орех с мелким, семечком и штыбом (ОМСШ), размер 0−50 мм.

То есть, читая теперь про то, что в котельных вашего региона в топках для нагрева воды используются угли сорта АШ и АРШ, вы, как грамотные и начитанные, будете знать, что речь идёт о смеси некондиционного антрацита с размером кусков до 6 мм.

Сложно? Ну, тогда на десерт скажем, что горняки не были бы собой, если не напустили ещё большего туману. Отдельной строкой в нашей истории проходит такое понятие, как рядовой уголь. В это понятие включается уголь любого типа, добытый из недр матушки-земли и складированный без какой-либо дополнительной обработки (отборки, отсортировки, грохочения, промывки, сушки и т.д.), уголь-сырец, если хотите.

Чтобы не лезть в совсем уж дремучие дебри петрологии, скажем, что разделительная классификация полуантрацитов и антрацитов была настолько сложна и запутана даже для профильных специалистов, что некоторое время назад от подобного разделения было решено отказаться, объединив ПА и А в единую группу. Соответственно, сегодня антрацитом считается любой уголь, чья степень углефикации выше, чем у тощего каменного угля. А там уже смотрят на конкретные характеристики конкретного антрацита, определяя, где и как его лучше всего использовать.

Широка страна моя родная

Здесь же мы бы хотели сделать небольшую ремарку по географии добычи антрацитов в нашей стране. В СССР основная добыча велась преимущественно в Донбассе, занимавшем первое место по важности и объёмам угледобычи. Суммарные запасы по состоянию на 1979 год на глубинах до 1’800 м оценивались в 140,8 млрд тонн, из них запасы кондиционного (по мощности пластов и зольности) угля оценены в 108,5 млрд тонн. Разведанные запасы промышленных категорий угля составляют 57,5 млрд тонн и перспективные — 18,3 млрд тонн. Среди промышленных и перспективных наиболее значительны запасы (в млрд тонн): антрацита (13,8), газовых (27,5), коксующихся (9,8), тощих (6,3) углей. Средняя глубина разработки угольных целиков от 400 до 800 метров, однако, отдельные шахты уже прошли отметку и в 1’000 метров.

Добыча угля

Стоит ли удивляться, что вся энергогенерирующая инфраструктура современной Украины строилась в привязке к собственному угленосному региону? При этом отдельно нужно обязательно сказать, что Донбасс отличается очень неглубоким залеганием угольных пластов, добывать донецкий уголь можно тривиально при помощи кирки и лопаты. Во времена СССР выемка угля от нулевого горизонта (поверхности) была запрещена, эти угли рассматривались, как стратегический запас страны. В годы независимости и особенно на протяжении печальных событий трёх последних лет в Донецкой и Луганской областях буйным цветом расцвели так называемые «ко́панки», то есть нелегальные шахты, где без соблюдения каких-либо мер безопасности ведётся кустарная добыча угля, что, естественно, приводит к чудовищному травматизму и смертности.

Кроме Донбасса, антрациты добываются и в России — например, в Горловском бассейне, расположенном между Новосибирском и Барнаулом. Общие запасы антрацитов здесь — 6 млрд тонн, из них разведанных и оценённых — 298 млн тонн. Опять же нельзя не упомянуть, что Горловский бассейн помимо шахтного позволяет вести и открытую добычу угля, то есть методом отработки разрезов (170 млн тонн).

Водится антрацит в Тунгусском бассейне-гиганте (запасы оцениваются в более чем 2 трлн тонн), лежащем в труднодоступных районах Красноярского края (90%), а также Якутии и Иркутской области. Ну и, конечно же, теперь этот список антрацитовых кладовых пополнил Таймыр с его углём категории качества «супер-ультра».

Возвращаясь к главной теме нашей статьи, можно точно быть уверенным, что раз «Востокуголь» фрахтует под свои добычные мощности аж 30 миллионов тонн нагрузки, то речь, конечно же, идёт о кондиционном угле, который будет поставляться заказчикам в Европе и Азии. Параллельно очень хочется надеяться, что владельцы горных предприятий не забудут о своих наполеоновских планах, и отсевы арктического карбона в виде совмещенных марок будут попутно забрасываться в населённые пункты на всём пути следования углевозов. О такой возможности руководители «Востокугля», отдадим им должное, уже не раз говорили вслух, но, как ни странно, их инициатива пока не получает отклика у нашего правительства. С одной стороны, выгода для государственного бюджета совершенно очевидна — не менее половины грузов северного завоза составляет именно уголь как единственный энергетический ресурс для небольших котельных и ТЭЦ арктических городков и поселков. Но есть и вторая сторона, о которой мы уже говорили, — техническая: топки этих котельных должны быть готовы к встрече с температурами, которые дает пламя антрацита. И вот эта вторая сторона находится вне рамок компетенции «Востокугля», этим вопросом должно заниматься правительство. Если точнее — ведомство, которому будет делегировано решение этой проблемы. Зная о необычайной расторопности кабинета министров под руководством многоуважаемого Дмитрия Медведева, подозреваем, что проблема будет решена, когда до нее дойдет невидимая рука рынка, — то есть не в XXI веке.

Если же говорить не об этой ненаучной фантастике, то Арктике остается надеяться, что администрация президента передаст общее руководство развитием Северного морского пути и всего побережья под крыло «Росатома». Вот в этом случае действительно появится вероятность того, что компании, которым уже выдан карт-бланш на отработку бесценных запасов полезных ископаемых, а также неограниченный кредит доверия, не забудут о своих обещаниях по модернизации инфраструктуры заполярных посёлков, строительстве новых котельных, домов и т.д. Раз уж прирастать, то давайте в том числе и богатством и комфортом людей, живущих в русском Заполярье.

Три сухих корочки на десерт

Выше, описывая основные физические характеристики антрацитов, мы упомянули, что наше чёрное блестящее величество плохо спекается, и обещали пояснить, что это означает. Выполняем обещание.

Наши угли, в особенности антрациты, ребята со сложным «внутренним миром» и очень вредным поведением. Как вы помните, наши угли рождены для того, чтобы сгореть в пламени, подарив нам своё древнее тепло. За годы и десятилетия практических наблюдений было установлено, что угли, если их нагревать без доступа кислорода при температурах 350−500°С, стремятся частично или полностью перейти из твёрдого состояния в пластичное, с попутным образованием связанного нелетучего остатка. То есть, говоря упрощённо, спекаемость — это результат термического разрушения угля с выделением газообразных и жидких продуктов. Конкретно жидкая фракция и «спекает» угольный остаток в такой себе «торт». Важно понимать, что именно спекающиеся угли служат основой кокса — искусственного топлива, без которого невозможно отлить ни грамма стали и чугуна.

За сим автор позволит себе откланяться, но обещает всем, кому понравились эта и предыдущая статьи, продолжить знакомить с огромным миром ископаемых углей. Впереди нас ждут понятие зольности, коэффициент отражения витринита, гелевые компоненты угля, коксование и многое другое. Как всегда — просто и доступно, для самого широкого круга читателей.

PA История горного дела

PA История горного дела

Шахты камерно-столбового типа действовали на месторождениях битуминозного угля Пенсильвании с конца 1700-х годов. Битуминозный уголь был впервые добыт в Пенсильвании на «Коул-Хилл» (Маунт-Вашингтон), прямо через реку Мононгахела от города Питтсбург. Уголь добывали в штольнях Питтсбургского угольного пласта, обнажающегося на склоне холма, и доставляли на каноэ в ближайший военный гарнизон. К 1830 году город Питтсбург потреблял более 400 тонн битуминозного угля в день для бытовых нужд и легкой промышленности. Разработка месторождений антрацитового угля в восточной Пенсильвании продвинулась до такой степени, что «каменный уголь» захватил восточные рынки. Следовательно, добыча битуминозного угля в западной Пенсильвании росла в основном с ростом населения на западе, расширением и развитием железнодорожных и речных транспортных средств на запад и появлением сталелитейной промышленности. Во второй половине девятнадцатого века спрос на сталь, вызванный взрывным ростом железнодорожной промышленности и судостроения, начал оказывать дальнейшее влияние на добычу битуминозного угля в западной Пенсильвании (Puglio, 19).83). До развития современной разработки длинными забоями в 1960-х годах подземная добыча битуминозного угля в Пенсильвании происходила почти исключительно из камерно-столбовых шахт.

Ранние камерно-столбовые мины не предусматривали отход минирования; они полагались на ручной труд, чтобы срезать уголь в забое, а уголь вывозили из шахты на лошадях и повозках. В настоящее время на многих камерно-столбовых шахтах используются механизированные комбайны непрерывного действия для разделки угля и сеть конвейеров, транспортирующих уголь из забоя на поверхность (непрерывная выемка). Камерно-столбовой метод добычи используется на всех подземных каменноугольных шахтах Пенсильвании, в том числе при добыче длинными забоями, где он используется для разработки систем транспортировки и вентиляции, а также для оконтуривания и поддержки панелей лавы. До относительно недавнего появления современной разработки длинными забоями камерно-столбовая разработка была основным методом подземной добычи битуминозного угля в Пенсильвании. В то время как камерно-столбовая добыча по-прежнему играет важную роль в Пенсильвании, разработка длинными забоями продолжает занимать растущую долю общего объема подземной добычи Содружества. Недавние тенденции включают сокращение объемов крупномасштабных камерно-столбовых горных работ с высокой добычей и некоторое увеличение объемов небольших камерно-столбовых операций, использующих непрерывную транспортировку.

Пенсильвания Карта с указанием местонахождения битуминозного и антрацитового угля

Подземная добыча битуминозного угля

В 1997 году в Пенсильвании было добыто более 73 миллионов тонн битуминозного угля. Более 75% всего производства приходилось на подземные рудники. Отношение подземной добычи к общей добыче неуклонно росло в течение последнего десятилетия и в настоящее время находится на уровне, невиданном с середины 1950-х годов. Ежегодная добыча открытым способом в целом снижается с конца 19 века.70-е годы. Напротив, годовая подземная добыча была относительно постоянной в течение 1980-х годов и испытала заметный подъем примерно в 1993 году. , и разработка длинными забоями.

Комнатно-столбовая добыча включает проходку туннелеобразных выработок для разделения угольного пласта на прямоугольные или квадратные блоки. Эти блоки угля или столбы имеют размеры, обеспечивающие поддержку вышележащих пластов. Проемы называются комнатами или входами. В старых шахтах вход обычно составлял от 8 до 30 футов (от 2,4 до 9 футов).0,1 метра) в ширину, а размеры столбов значительно различались. В современных камерно-столбовых шахтах габариты горно-шахтного оборудования (ширина выемки и вылет комбайна непрерывного действия) и тип используемой системы откатки во многом определяют размеры целиков.

Извлечение угля относительно низкое при использовании камерно-столбового метода, обычно в пределах от 35 до 70 процентов. Наибольшая добыча угля обычно достигается при сочетании отработки с камерно-столбовой выемкой. Этот метод часто называют камерно-столбовым с отходной отработкой. Отходная разработка представляет собой систематическое удаление угольных опорных столбов после разработки участка добычи с использованием стандартной камерно-столбовой разработки. Фаза отступления (также известная как «вторая добыча») обычно приводит к немедленному или быстрому обрушению вскрышных пород в незакрепленное отверстие. Комнатно-столбовая выемка с отходом — это метод добычи с высокой степенью извлечения, обычно извлекающий более 70% целевого угольного пласта.

Уголь антрацит

Уголь антрацит часто описывается неспециалистами как «каменный уголь», и хотя он представляет собой сильно метаморфизованный и почти чистый углерод, он не тверже и не мягче, чем битуминозный или «мягкий» уголь. Антрацитовый уголь горит с сильным жаром и дает голубое пламя, что делает его отличным источником для отопления и производства металла, но его относительная редкость делает его более дорогим, чем битуминозный уголь.

Добыча антрацита ведется в шести округах Пенсильвании. Большинство шахт расположены в северо-восточной части штата, в частности в графствах Шуйлкилл, Нортумберленд и Люцерн. По состоянию на 2015 год Антрацитовый регион произвел 4 614 391 т угля, преимущественно из открытых угольных шахт.

Битуминозный уголь

Битуминозная добыча ведется в 21 округе юго-западного региона Пенсильвании, и это самый распространенный уголь в нашем штате. Его основное использование — производство электроэнергии и производство металла. Наибольшее количество рудников находится в округах Клирфилд, Сомерсет и Индиана. По состоянию на 2015 год в битуминозном регионе было добыто в общей сложности 50 128 603 тонны угля, из которых 40 769 171 тонна была добыта подземным способом.

Прогнозирование дренирования угольных шахт и предотвращение загрязнения в Пенсильвании (онлайн-книга, 1998 г.) (PDF)

История антрацитового региона — huberbreaker.org

ИСТОРИЯ АНТРАЦИТОВОГО РЕГИОНА

Этнические фамилии — это несколько разрозненных остатков некогда доминирующей отрасли, которая затронула жизни многих жителей Северо-Восточной Пенсильвании. Хотя антрацитовая промышленность в значительной степени исчезла из ландшафта и из современной жизни, она не забыта.

Антрацит – каменный уголь. Это самый древний вид угля, то есть природа формировала его дольше всех. Он горит наиболее стабильно, чисто и дольше всех углей. Он имеет самое высокое содержание углерода и, следовательно, имеет самую высокую теплоемкость среди всех углей. Он также является самым блестящим и его часто называют «черными бриллиантами».

Уголь образовался, когда большие скопления гнилой растительности были покрыты огромными массами земли и камней. Давление и тепло, действовавшие в течение миллионов лет, преобразовали гнилой материал через различные стадии в торф, бурый уголь, битум и, наконец, в антрацит.

Возможно, 90% национальных запасов антрацита располагались на Ближнем Востоке и Северо-Востоке Пенсильвании.

Первые поиски угля были случайными и ненаучными. Наиболее легко обнаруживались выходы на поверхность, где угольные пласты выходили на поверхность. Также легко обнаруживались пласты, в которых уголь покрывался лишь неглубоким слоем земли.

Выходы на поверхность происходили в основном на скалистых гребнях, по которым обычно ходили угольщики. Черные луга и соленая почва были ключом к неглубоко залегающим пластам угля, как и поваленные деревья с прилипшими к корням угольными частицами.

По мере увеличения спроса на антрацит исследования стали более научными. Испытательные скважины будут пробурены по регулярной схеме, а керны будут проверены и измерены. Таким образом можно было рассчитать глубину и мощность пластов горных пород и угольных пластов и нанести на карту геологию обширных территорий. Реже для обнаружения угля будут прорыты испытательные шахты или проложены туннели.

В течение многих лет после открытия антрацита в Пенсильвании на него не было спроса. Потенциальные пользователи не знали, как его записать. Будучи более плотным, чем битум, его было труднее разжечь, так же как тяжелые бревна труднее разжечь, чем более легкое дерево. Также требуется более сильная поддерживающая тяга. Печи, горны и промышленные печи должны были быть приспособлены к его использованию.

Судья Джесси Фелл из Уилкс-Барре совершил важный прорыв, когда ему удалось сжечь каменный уголь в открытой топке в своей таверне на Нортгемптон-стрит в 1808 году. Матиаса Холленбака из Уилкс-Барре были решительными и неустанными сторонниками антрацита. Оба вели миссионерскую работу от его имени среди ремесленников и фабрикантов долины Лихай и Филадельфии, которые нуждались в тепле для производства своих товаров.

Война 1812 года продемонстрировала необходимость надежного источника топлива для северных городов. Уголь из Великобритании был недоступен по понятным причинам, а из-за британской блокады Делавэрского и Чесапикского заливов виргинский уголь (битуминозный) не мог доставляться в эти города, кроме как очень дорогостоящим наземным транспортом. Война также стимулировала промышленную деятельность, что увеличило потребность в топливе.

Ранняя транспортировка антрацита из горных укреплений северо-восточной Пенсильвании была сложной задачей. На самом деле грузы весом в полторы тонны перевозились упряжками из четырех лошадей и фургонами на протяжении 135 почти непроходимых миль от Уилкс-Барре до Филадельфии. Непрактичность крупных перевозок на большие расстояния была очевидна, и в конце концов лошадь и повозка стали доставляться на места. Вскоре уголь Уилкс-Барре был сплавлен по Саскуэханне на баржах и шаландах в Балтимор; и уголь Саммит-Хилл вниз по рекам Лихай и Делавэр в Филадельфию. Но шаланды и баржи не могли быть возвращены вверх по течению против течения, а затем нуждались в разборке для продажи в виде пиломатериалов в городах назначения.

Чтобы преодолеть это, вдоль рек и по пересеченной местности от реки к реке были построены каналы со слабой водой. Каналы со слабой водой также обеспечивали круглогодичный достаточный уровень воды.

Железные дороги — как паровые, так и гравитационные — вскоре последовали за каналами. Многие железные дороги были построены специально для перевозки антрацита.

В конце концов, грузовики заменят лошадь и фургон для местной доставки, а большие прицепы и полуприцепы составят жесткую конкуренцию железным дорогам в перевозках на дальние расстояния.

Под землей, за исключением паровых подъемных машин, почти целое столетие мул обеспечивал энергию для транспорта. Даже после появления электрических и пневматических локомотивов мул оставался на небольших шахтах и ​​на второстепенных тяговых путях крупных шахт.

Есть четыре вида входов в глубокие шахты: шахта, склон, туннель и штольня. Некоторые крупные мины имели все четыре типа.

Шахта — это отверстие, проходящее с поверхности прямо вниз через пласты земли, горных пород и угля. По мере вскрытия угольных пластов проходы (называемые выработками и сходнями) выдвигаются наружу через уголь, а из них, в свою очередь, выбиваются рабочие камеры. Все они должны проходить попарно с соединительными проходами между ними для облегчения циркуляции воздуха.

Откос, по сути, то же самое, что и шахта, за исключением того, что он проходит под углом, а не прямо вниз. Ê Откосы часто проходят для обслуживания одной секции одной угольной жилы. Откосы также отличаются от валов тем, что должны быть проложены рельсы, так как уголь поднимают в шахтных вагонетках. В шахтах уголь, люди и грузы поднимаются и опускаются в поршневых тележках, которые по сути являются подъемниками.

Вид на заброшенный склон, расположенный на Эксетерской шахте, сделанный после закрытия горных выработок где-то в конце 50-х годов

Первая ступень склона на фото пройдена через крутой слой песчаного грунта. От устья склона до того места, где он встречается с твердой скальной породой, боковые стены должны быть укреплены дюймовыми досками, прибитыми к ножкам поперечных балок, чтобы удерживать рыхлый песок. Аналогичным образом над буртиками поперечных балок вдоль склона необходимо установить грубую настилку, так называемую «переднюю стойку», для предотвращения стекания песка сверху.

Штрек представляет собой горизонтальный или почти горизонтальный проход. Его можно загнать прямо в жилу на выходе, и, таким образом, уголь добывается прямо снаружи; или это может быть горизонтальный туннель, используемый для пересечения жил в областях, где земля изгибается и угольные пласты залегают под очень крутыми углами, как это происходит в южных частях каменноугольных месторождений Пенсильвании. При этом последнем типе добычи по мере вскрытия угольных пластов через уголь проходят боковые штольни и, в свою очередь, рабочие камеры из боковых выработок поднимаются вверх.

Альтернативой глубокой разработке является открытая или открытая разработка. В этом методе большие землеройные машины удаляют всю вскрышную породу земли и горных пород, и уголь открывается для удаления теми же машинами.

После того, как уголь добыт, он должен быть подготовлен к продаже, т. е. он должен быть очищен от примесей, таких как сланец, камень и кость (горняки часто произносят как «бони»), слоистая смесь сланца и угля, измельченная до рабочих размеров , а затем отсортированы по размеру. Это делается в большой структуре, называемой прерывателем. Брекер — это слово, характерное для каменноугольной страны Пенсильвании. В других местах в мире добычи угля это называется типпл.

Раньше уголь убирали мальчишки, работавшие над желобами в дробилке. По мере того как уголь проходил под ними, мальчики выбирали камень и шлифовали вручную. Это была подлая, грязная и часто опасная работа. В 1920-х годах эту работу стали брать на себя машины.

Кажется, нет двух одинаковых выключателей. Это были причудливые, асимметричные постройки со всякими архитектурными выступами, с односкатными крышами. Почти все они имели одну общую черту: крытую конвейерную линию, идущую от вершины шахты к верхней части дробилки, где рядовой уголь начинал свой путь вниз через очистные и дробильные машины и калибровочные грохоты.

Использование антрацита в производстве железа и стали значительно увеличило спрос на каменный уголь. В конце концов кокс, сделанный из битума, заменил антрацит при выплавке железа и стали. Тем не менее спрос на антрацит продолжал расти. Паровозы и стационарные паровые двигатели использовали его в больших количествах, и его другие промышленные применения получили широкое распространение. Были разработаны усовершенствованные кухонные печи на антраците, а также печи для домов и больших зданий, и открылись новые рынки.

В течение нескольких лет бурная промышленная революция в Америке подпитывалась в основном антрацитом из Пенсильвании; и по мере того, как множились литейные заводы, росли и угольные шахты. Требовалась рабочая сила, и спрос вскоре превысил предложение местной рабочей силы. Затем промышленность искала рабочих на востоке, в Европе, и они прибывали большими волнами. Первыми пришли искусные горняки Великобритании — шотландцы, англичане и валлийцы. Вскоре последовали сотни тысяч ирландцев, спасающихся от голода, вызванного чередой поражений картофеля. Центральная и Восточная Европа будут питать человеческую волну, как и Италия. Среди итальянцев было немного рабочих серных рудников Сицилии. Наконец, с Ближнего Востока пришли сирийцы и ливанцы. А сталелитейные города и рудники Пенсильвании обретут культурное богатство и разнообразие, не имеющие себе равных в Соединенных Штатах.

Производство антрацита достигло своего апогея во время Первой мировой войны, но в послевоенные годы промышленная активность пошла на убыль, что привело к снижению спроса на уголь. В 1920-х годах дешевая нефть начала конкурировать с рынками угля — зловещий знак. Затем Великая депрессия омрачила мир, и промышленность замедлила ход. Мины стояли без дела. На некоторых шахтах была прекращена дорогостоящая откачка воды и засыпаны выработки. Позже Содружество Пенсильвании предоставит средства на специальные насосы для осушения этих шахт.

Тем временем добыча открытым способом составляла все большую и большую долю производства. Гигантские землеройные машины сделали возможным удаление вскрышных пород из все более и более глубоких угольных жил. Несколько механизаторов вместе с горсткой водителей грузовиков могли добыть столько угля, сколько сотни подземных горняков. Рабочая сила резко сократилась.

Вторая мировая война привела к временному возрождению каменноугольной промышленности, но окончание войны создало еще более сильную конкуренцию со стороны нефти. Теперь впервые в угольную страну пришло домашнее отопление нефтью, и, хотя некоторые считали это проявлением регионального патриотизма, масляные горелки получили распространение.

Затем по большим трубопроводам был подан природный газ, который обеспечивал даже большее удобство обогрева дома, чем нефть. И еще один гвоздь был вбит в гроб King Coal.

Другие факторы подорвали спрос на уголь. Тепловозы заменили угольные локомотивы даже на антрацитовых железных дорогах. Электростанции, работающие на мазуте, а затем и атомные электростанции уменьшили потребность в угле для производства электроэнергии.

К январю 1959 года небольшая шахта в долине Вайоминг работала на полную мощность. Большинство из них сдали в аренду небольшие участки своих шахт независимым операторам, как это сделала Pennsylvania Coal Company с обширной шахтой Ewen Colliery в Порт-Гриффите. Другие шахты были остановлены и позволили заполниться водой — на этот раз навсегда. 22 января 1959 река Саскуэханна ворвалась в выработку участка Ривер-Слоуп шахты Юэн, которая эксплуатировалась по договору аренды компанией «Нокс Коул». Под рекой за красной стоп-линией велась обширная добыча полезных ископаемых. Старый стандарт требовал, чтобы между дном реки и угольным пластом существовало от 50 до 60 футов твердой породы для удаления угля. Стандарт был смягчен до 35 футов для Knox, и соответственно была установлена ​​красная стоп-линия. Красные стоп-линии появляются на картах шахт, чтобы отметить границы аренды, предоставленной независимым компаниям-эксплуатантам. В случае с Ноксом красная линия также выступала в качестве линии опасности, за которой любая добыча была запрещена. Карты шахты показывают, что тестовая скважина, ближайшая к точке, где прорвалась река, показала показания каменного покрова в один фут семь дюймов. 13 января последняя регулярная смена угля, когда-либо выходившая из Ривер-Слоуп, была запущена и загружена единственной оставшейся угольной бригадой на участке. Его взяли с разрешения мастера, но в нарушение распоряжения начальника шахты, с того самого места, где река в конце концов влилась в шахту. Девять дней спустя, когда Саскуэханна поднялась почти до уровня наводнения из-за январской оттепели, тонкая каменная оболочка рухнула, и река устремилась в шахту.

Бедствие Нокса обычно обвиняют в прекращении глубокой добычи полезных ископаемых в долине Вайоминг. Обвинение не совсем справедливое. Истинной причиной стало падение рынка антрацита. Катастрофа Нокса была просто катализатором, который привел к более резкому концу.

Рынок продолжал падать, и открытая добыча продолжала доминировать в производстве. К началу 80-х годов из всех четырех участков антрацитовых угольных месторождений осталось только две глубокие шахты, обе в южной части — одна в Башне. City, а другой рядом в Hegins.