Антрацит (Антрацит), страница 2

Третью группу составляют месторождения (участки) очень сложного строения, интенсивно нарушенные складчатостью и разрывами, мелкоблочным залеганием или сложной изменчивой морфологией угольных пластов. [1]

6. Свойства горной породы

Антрацит – ископаемый гумусовый уголь высшей степени метаморфизма. Под микроскопом растительные остатки различаются с трудом. Окраска антрацита от бархатно до металлическо-чёрной, часто с сероватым оттенком, иногда наблюдается пёстрая побежалость. На фарфоровой пластинке даёт бархатисто-чёрную черту. Блеск сильный, металлический. Имеет большую вязкость, не спекается, обладает хорошей электропроводностью. Тверже каменных и бурых углей. Наибольшая твердость по минералогической шкале 2,0—2,5; плотность органической массы 1500—1700 кг/м³. Теплота сгорания органической массы 33,9—34,8 Мдж/кг (8100—8350 ккал/кг). Антрацит обладает небольшой аналитической влажностью 1—3% и в горючей массе содержит летучих веществ до 9%, углерода 93,5—97,0%, водорода 1—3% , кислорода и азота 1,5—2,0%. Антрацит с содержанием углерода в горючей массе более 97% называется суперантрацитом. По объёмному выходу летучих веществ делится на 2 промышленные марки: полуантрациты с содержанием 220—330 л/кг и собственно А. с объёмным выходом менее 220 л/кг.

Антрацит характеризуется малым выходом летучих компонентов, при сжигании не дает копоти. Чтобы поджечь антрацит требуется больше тепла и усилий, чем для бурых и каменных углей, но загоревшись, антрацит дает устойчивое, горячее, чистое пламя голубогог цвета и горит без запаха и дыма, дольше чем угли с более низкой стадией углефикации.[1,6а,9,10]

9. Применение

Антрацит используют в качестве высококачественного энергетического топлива, для изготовления полупроводников. Специальные сорта антрацита, не подвергающиеся при горении расстрескиванию, применяют в литейном и доменном процессах. Также антрацит используют как сырье в химической промышленности. До 1920-х годов антрацит очень широко использовался в качестве топлива для обогрева домов, а затем на смену ему пришли нефть и природный газ.

По назначению в технике различают антрацит газогенераторный, антрацит для производства карбида кальция, антрацит для полупроводниковой электротехники.

Антрацит применяется для производства угольных электродов и анодной массы. Основные потребители этих материалов – алюминиевая и электротехническая промышленность. Например, для выплавки одной тонны алюминия необходимо до 800 кг анодной массы. Из угля можно получать нефть путем его гидрогенизации (насыщения водородом). Для этого размолотый уголь нагревают до 400 – 500^оС, одновременно нагнетая в него водород. Процесс получения нефти из угля используется уже давно – с начала XX века, но в небольших масштабах. По мере истощения запасов природной нефти гидрогенизация угля будет приобретать все большее значение.[1,8,10]

10. История применения

Антрацит вначале эра своей добычи использовался в качестве топлива для обогрева помещений, паровых котлов, в том числе и на железной дороге,. приготовления красок. С развитием научно – технического прогресса уголь стал использовать в электрохимической, металлургической, химической (производство шин, нефти и т.п.). Более подробно см. Применение.

12. Разновидности

Антрацит по выходу летучих и теплоте сгорания веществ делятся в США на семиантрациты, собственно антрациты и метаантрациты. В России по объемному выходу летучих веществ антрациты делятся на две промышленные марки: полуантрациты с содержанием 220 – 330 л/кг и собственно антрациты с объемным выходом менее 220 л/кг.

Антрацит делится на сорта. Сортность определяется относительным содержанием серы и золообразующих веществ в угле (см. Таблицу 1).

В высокосортном антраците золы и серы меньше, чем в низкосортном, поэтому он пользуется большим спросом и дороже. Антрацит дороже бурого и каменного углей (см. Приложение Б).

Примеси серы нежелательны даже в небольших количествах. Когда уголь сгорает, большая часть серы выделяется в атмосферу в виде вредных загрязняющих веществ – оксидов серы. Соединяясь с кислородом и водой сера образует серную кислоту, корродирующую механизмы работающих на угле тепловых электростанций. [1,6б,8]

13. Искусственные аналоги

В качестве искусственных аналогов антрацита можно предложить обогащенный каменный уголь высоких сортов.

14. Подделки

Под видом антрацита может предлагаться каменный уголь.

15. Имитации

Имитаций антрацита не найдено.

16. Искусственное изменение свойств

Антрацит не требует каких – либо изменений своих свойств, кроме первичной очистки и дробления.

17. Способы добычи и первичной обработки

17.1 Разведка угольных месторождений полевыми и скважинными геофизическими методами.

«Ведущими наземными и скважинными методами разведки угольных месторождений являются электрические. Это объясняется характерными свойствами углей, удельное электрическое сопротивление которых изменяется в очень широких пределах (от 10^-5 до 10⁴ Ом*м). Оно зависит от химико-технологических характеристик угля, степени их углефикации и обводненности. Под химико-технологическими характеристиками понимают качественный (химический) и количественный состав органической массы (углерод, водород, кислород, азот и др.), а также количество твердой негорючей массы, называемой золой. На величину электрического сопротивления оказывает влияние в основном зольность углей. При переходе от малозольных (негорючий остаток меньше 10%) к среднезольным (10-30%) и высокозольным (золы больше 30%) бурым и каменным углям сопротивление уменьшается в 3-5 раз. Наоборот, у хорошо проводящих ток антрацитов с увеличением зольности сопротивление растет.

Антрациты и графит, являясь электронными проводниками, отличаются высокой электропроводностью, электрохимической активностью и поляризуемостью. В зависимости от литологии, степени метаморфизма и обводненности угли могут отличаться как высоким, так и низким электрическим сопротивлением от вмещающих пород. Иногда их электрическое сопротивление такое же, как у вмещающих пород. Кроме того, угольные пласты характеризуются пониженными, по сравнению с вмещающими породами, плотностью, скоростью упругих волн, повышенной поляризуемостью.»[5]

17.2 Добыча угля

Уголь разрабатывают открытым (карьерами) и подземным (шахтами и штольнями) способами. Выбор способа ведения горнодобывающих работ зависит в основном от расположения угольного пласта относительно земной поверхности. Разработка открытым способом обычно ведется при глубине его залегания не более 100 м. В зависимости от направления подхода к угольному пласту различают способы вскрытия месторождения: штольней (горизонтальной подземной выработкой) и вертикальными или наклонными шахтными стволами. Иногда уголь добывают из месторождений, простирающихся далеко в море. Подводная добыча угля ведется в Канаде, Чили, Японии и Великобритании.[6в]

17.3 Добыча антрацита.

В случае крутопадающих пластов антрацита проводят горизонтальные, часто извилистые, откаточные и вентиляционные выработки и непосредственно к пласту подводят подземные выработки, называемые углескатами. После отбойки антрацит самотеком скатывается в направлении падения пласта. На узком конце углеската оставляется такое количество угля, чтобы его поверхность находилась на уровне, необходимом для работы шахтеров-взрывников. Шахтеры работают, стоя на поверхности размельченного угля, часть которого отбирается каждый раз по мере продвижения забоя. Таким образом, поверхность разрыхленного угля все время поддерживается на удобном расстоянии от забоя. Отбойка ведется пневматическими бурильными молотками или взрывным способом. Уголь столь тверд, что при прохождении зоны магазинирования (хранения) в камере мало крошится. При небольшом падении (наклоне) пласта шахтеры работают на подошве из твердых пород. Стальной желоб, по которому «течет» уголь, в нижней части снабжен секцией, подвешенной на шарнирах, при поднятии которой поток угля прерывается. Там, где из-за большой крутизны пласта размельченный уголь течет вниз слишком быстро, в почве и кровле вблизи воронкообразного устья углескатной выработки закрепляют стойки, сдерживающие напор. Если пласт недостаточно крут, то стальной желоб можно довести вверх почти до рабочей поверхности. Ранее уголь вручную проталкивали вниз; теперь же применяются вибрационные и другие конвейеры.

При малом наклоне пласта, где уголь не идет самотеком, шахтеры стоят на почве и зона магазинирования не нужна. Если же магазинирование необходимо, то по обе стороны камеры делают проходы с деревянной крепью. Один из них предназначен для людей, а другой служит обратным вентиляционным каналом и аварийным выходом. Когда камера полностью выработана, выемку целиков осуществляют буровзрывным способом, при котором уголь скатывается в нижнюю часть камеры.

Иногда уголь срывается с забоя без буровзрывной отбойки, после чего дальнейшая эксплуатация пласта невозможна. В таких случаях к забою через другую камеру или на большей высоте проводится новая выработка. Выемка целиков ведется без отбойки, так как они сами обрушиваются под давлением кровли. Однако при этом обрушивается и порода кровли, иногда в таком количестве, что эксплуатация становится убыточной, поскольку большая часть добытого угля должна идти на обогатительную фабрику, где порода отделяется вручную или механически.[6г]

17.4 Разработка открытым способом

«В тех случаях, когда угольный пласт залегает неглубоко и не перекрыт мощным слоем пустой породы, разработка ведется открытым способом. После удаления вскрыши начинаются буровзрывная отбойка угля и погрузка его в автосамосвалы или железнодорожные вагоны.» [6д]

18. Экологические последствия добычи

18.1 Экологические последствия

Вследствие подземных горных работ по добыче каменного угля и, в частности, антрацита может произойти оседание земной поверхности. Этот процесс можно предотвратить селективной выемкой угля, применяя вместе с этим заполнением выработок пустой породой и другими материалами, которых не позволяют земной поверхности над горными выработками оседать. На защиту экологии и местности, на которой происходит добыча угля, необходимо привлекать правовые нормы, законы. Так, во многих странах мира, занимающихся крупномасштабной добычей угля, действуют законы и государственные федеральные программы по рекультивации местности после проведения горных работ. Разрабатываются технологии заполнения выработанного пространства бытовыми и строительными отходами, что препятствует оседанию почвы и нарушению почвенного покрова. Огромные масштабы использования природных ресурсов привело к к значительному изменению ландшафтов во многих угольных бассейнах.

При добыче каменного угля открытым способом приходится убирать большие массы земли, открывая доступ к залежам каменного угля и антрацита. Таким образом, при открытой добыче угля происходит срез и, как следствие, уничтожение самого плодородного слоя земной поверхности. Плюс ко всему, добыча угля открытым способом занимает большую, по сравнению с подземными выработками, территорию, а значит, происходит гораздо большее нанесение вреда природе.

Также при добыче каменного угля и антрацита при смешивании угольной пыли с подземными водами, что происходит образование угольной кислоты, которая вызывает коррозию оборудования угольных шахт и обогатительных комбинатов.

Ежегодно из геосферы извлекается около 100 млрд. тонн различных ресурсов, в том числе каменного угля и антрацита. Так, по оценкам специалистов, при сохранении современных темпов добычи и потребления угля его мировые запасы будут исчерпаны уже через 200 лет.

Если при проведении горных работ не выполняются горнорудные нормативы или требования по технике безопасности, возможны такие нежелательные последствия, как подземные пожары, пожары в отвалах, загрязнение водосборных бассейнов водами, содержащими кислоты, металлы или взвешенные твердые вещества, а также оползни неустойчивых откосов. Во многих странах, в том числе в США, действует ряд законов, охватывающих практически все стороны разработки угольных месторождений и предусматривающих осуществление в ходе горных работ непрерывного контроля, исключающего возможность нежелательных экологических последствий.

Кроме загрязнения окружающей среды, эрозии почвы антропогенное воздействие угледобычи на окружающую среду выражается в истощении природных ресурсов биосферы.

С угледобычей связаны такие опасные факторы, как обрушение кровли и стенок горных выработок, угольная пыль, выделение метана и других вредных газов, образующихся в процессе разработки. Воздействие многих из опасных факторов может быть исключено или существенно ослаблено при точном выполнении горнорудных нормативов, требований охраны труда и правил техники безопасности.

18.2 Взрывоопасность.

В угольных пластах выделяются разные газы: наиболее часто метан (CH₄), реже сероводород (H₂S) и углекислый газ (CO₂). Но эти газы редко становятся причиной серьезных заболеваний или аварий при работе по добыче антрацита. Исключение составляет газ метан, который является крайне взрывоопасным. Его взрывы происходят относительно редко, но почти всегда связаны с человеческими жертвами, большим материальным и экологическим ущербом. При взрыве метана также может происходить взрыв угольной пыли. Для предупреждения взрывов метана и угольной пыли в угольных шахтах необходимо вести непрерывный контроль за содержанием метана в воздухе и обеспечивать удаление пыли из шахтных вентиляционных каналов. Взрывоопасна также смесь воздуха с метаном и угольной пылью, которая легко воспламеняется. При взрыве выделяется много тепла и образуется высокотоксичный угарный газ (CO). Кроме того, за счет горения уменьшается содержание кислорода в воздухе шахты и образуется избыток углекислого газа. Все это приводит к несчастным случаям, иногда со смертельным исходом.

18.3 Пожароопасность.

Каменный уголь, особенно с высоким содержанием летучих компонентов, довольно легко возгорается, даже если еще находится в пласте. При его горении образуются оксиды углерода, газообразные соединения серы и легковоспламеняющиеся газообразные углеводороды. Из-за сильного нагревания при пожаре (и воздействия воды, которая иногда применяется в системах пожаротушения) породы кровли растрескиваются и она обрушивается. Такие пожары могут приводить к гибели людей, главным образом вследствие обрушения кровли, удушья и взрывов образующихся газов. В настоящее время в основных вентиляционных каналах под землей монтируются специальные системы предупреждения пожаров, состоящие из детекторов оксида углерода или термодатчиков, связанных с компьютером через сеть, охватывающую все подземные выработки. Такая система позволяет обнаружить возгорание на самой ранней стадии. В выработанных шахтах остатки угля могут гореть годами и иногда даже необходима эвакуация жителей прилегающих населенных пунктов.

18.4 Профессиональные заболевания.

Шахтеры-угольщики чаще других подвержены заболеваниям органов дыхания, связанным с вдыханием угольной пыли. Среди шахтеров, проработавших 15–20 лет под землей, распространены пневмокониозы (антракоз, или «черные легкие», силикоз и др.) и эмфизема легких. Силикоз легких, вызываемый вдыханием частиц диоксида кремния, чаще встречается у шахтеров, работающих на антрацитовых шахтах. Статистические исследования профессиональных заболеваний шахтеров проводились в Великобритании, где была разработана модель влияния опасных факторов.