Полезные ископаемые каменный уголь важнейшие проблемы
Главная / Экология / Добыча угля
Назад
Опубликовано: 04.02.2020
Время на чтение: 5 мин
60
Угольная промышленность — это отрасль хозяйствования, включающая в себя добычу (шахтным или открытым способом), обогащение и переработку угля.
- Основные экологические проблемы угольной промышленности и влияние на окружающую среду Проседание и эрозия почв при добыче угля
- Изменение ландшафтов
- Подземные пожары
- Загрязнение атмосферы газами и твердыми частицами
- Загрязнение подземных и поверхностных вод
- Для человека
Уголь до сих пор является самым востребованным ископаемым — он находит применение в качестве топлива на многих предприятиях различных отраслей промышленности и в быту.
Проблема добычи угля
Многие экопроблемы начинаются еще во время добычи полезного ископаемого. Его добывают в шахтах, а эти объекты являются взрывоопасными, так как существует вероятность возгорания угля. Также во время работ под землей оседают слои грунта, возникает опасность обвалов, происходят оползни. Чтобы этого избежать, пустоты, откуда производится выемка угля, необходимо заполнять другими материалами и горными породами. В процессе добычи каменного угля изменяются природные ландшафты, нарушается почвенный покров. Не меньшей является проблема уничтожения растительности, потому что перед тем, как проводить добычу ископаемого, необходимо зачистить территорию.
Загрязнение воды и воздуха
Когда происходит добыча каменного угля, может произойти выброс метана, что загрязняет атмосферу. В воздух попадают зольные частицы и токсичные соединения, твердые и газообразные вещества. Также атмосферное загрязнение происходит во время сжигания ископаемого.
Добыча угля способствует загрязнению водных ресурсов в месте, где находится месторождение. Токсические микроэлементы, твердые вещества и кислоты проникают в подземные воды, реки и озера. Они изменяют химический состав воды, делают ее непригодной для питья, купания и бытового использования. Из-за загрязнения акваторий гибнет речная флора и фауна, а редкие виды оказываются на грани исчезновения.
Основные экологические проблемы угольной промышленности и влияние на окружающую среду
Основные риски угольной промышленности:
- наличие загрязняющих веществ;
- устаревшая технология производства;
- использование изношенного оборудования;
- высокая аварийность;
- развитие профессиональных заболеваний.
Вы знали, что по данным МЧС, около половины используемых угольных шахт взрывоопасны?
ДаНет
Проседание и эрозия почв при добыче угля
Извлечение горных пород приводит к проседанию почвы. Нарушаются сложившиеся биоценозы, что способствует эрозии почв.
К этому процессу причастны и образования депрессионных воронок, которые возникают из-за принудительного откачивания из шахт подземных вод. Их уровень сильно понижается, что ведёт к обезвоживанию верхнего почвенного слоя.
Основные источники загрязнения литосферы и возможные последствия
Читать
С помощью каких мер можно защитить почву от загрязнения?
Подробнее
Химическое загрязнение почвы
Смотреть
Изменение ландшафтов
Добыча угля неизбежно ведет к изменению природных ландшафтов:
- возникают овраги и разломы;
- при подземной добыче угля на поверхности образуются свалки из пустой породы, которые занимают большие площади. Под ними происходит вдавливание грунта, что приводит к выходу на поверхность подземных вод, и, как следствие, по периметру образуются болота и небольшие озёра, наполненные загрязнённой водой;
- исчезают леса, что приводит к ещё большей эрозии почв;
- загрязнение почвы вредными веществами и, как следствие, уничтожение её микрофлоры делают земли не пригодными для сельского хозяйства, более того — они со временем превращаются в индустриальные пустыни.
Экологические последствия загрязнения нефтью и нефтепродуктами
Читать
Экологические проблемы горнодобывающей промышленности
Подробнее
Подземные пожары
Горные работы, связанные со взрывами, стихийные взрывы и подземные пожары так же ведут к проседанию земной поверхности и угрожают жизни людей.
Основная опасность подземных пожаров заключается в том, что их очень трудно, а порой и невозможно потушить. Горение распространяется по угольным пластам вглубь и по сторонам от очага возгорания на многие километры. Пожар может длиться от нескольких дней до нескольких лет.
Загрязнение атмосферы газами и твердыми частицами
Основное загрязнение атмосферы связано:
- с проведением буро-взрывных работ;
- с работой двигателей карьерной техники;
- с пожарами от самовозгорания угля;
- с дымом от котельных;
- с пылью при добыче открытым способом.
Загрязнение атмосферы опасно не только непосредственным отравлением в конкретном месте, но и тем, что оно распростаняется на большую территорию из-за перемещений воздушных масс.
Также конденсация отравленных водяных паров в атмосфере приводит к выпадению токсичных осадков на большой территории. Таким образом происходит вторичное загрязнение почв и водных объектов.
Нехватка чистой пресной воды – глобальная проблема человечества
Читать
Загрязнение воды, как экологическая проблема номер один на планете
Подробнее
Вторичное загрязнение водоёмов как процесс, приводящий к деградации водных объектов
Смотреть
Основные загрязняющие вещества:
- диоксид кремния;
- зола;
- сажа;
- формальдегид;
- свинец;
- кадмий;
- ртуть;
- мышьяк;
- летучие органические соединения;
- углеводороды.
Чем грозит человечеству глобальное загрязнение воздушной оболочки нашей планеты?
Читать
Определение степени загрязнения воздуха с помощью индекса загрязнения атмосферы
Подробнее
Загрязнение атмосферы Земли: классификация по виду и составу
Смотреть
Загрязнение подземных и поверхностных вод
Угольная промышленность — один из главных загрязнителей гидросферы. Отрицательные факторы, которые она оказывает:
- изменение естественного водного режима территорий;
- загрязнение грунтовых и поверхностных вод;
- изменение уровня подземных вод;
- нарушение водного режима в почвенном слое;
- снижение ресурсов питьевой воды и подземных запасов;
- изменение гидрологического режима в реках;
- гибель флоры и фауны в водоёмах.
Основные источники химического загрязнения гидросферы
Читать
Загрязнение поверхностных вод суши промышленными, коммунально-бытовыми стоками
Подробнее
Современные проблемы при потреблении водных ресурсов
Смотреть
Гидросфера: что её загрязняет – и как её можно очистить?
Далее
Согласно данным Государственного доклада «О состоянии и об охране окружающей среды в Российской Федерации в 2020 году», вода в реках, протекающих по территориям деятельности предприятий угольной промышленности, носит статус загрязненной и очень загрязненной, а в некоторых местах отмечено экстремально высокое загрязнение.
Последствия загрязнения биосферы
Последствия деятельности угольной промышленности – это не только загрязнение биосферы, но и негативное воздействие на человека. Вот лишь несколько примеров такого влияния:
- сокращение продолжительности жизни людей, проживающих в районах ведения угледобычи;
- повышения случаев аномалий и патологий;
- увеличение неврологических и онкологических заболеваний.
Угольная промышленность развивается в разных странах мира, однако в последние годы люди все чаще переходят на альтернативные источники энергии, поскольку вред от добычи и использования этого ископаемого огромен. Чтобы снизить риск загрязнения экологии, необходимо улучшить методы производства этой отрасли промышленности и применять безопасные технологии.
Угольная промышленность России
В недрах России находится третья часть мировых ресурсов угля.
Замечание 1
По данным на 2020 г Россия занимает 6-е место в мире (после Китая, США, Индии, Австралии, Индонезии) по объемам добычи угля, которая составила 372 млн. тонн.
В топливно-энергетическом балансе страны на уголь приходится 25%. В угольной промышленности страны действует 228 предприятий по добыче этого топлива.
Исходя из больших угольных запасов, специалисты считают, что топливно-энергетическая политика России должна базироваться на угле. Однако активизация использования угольного топлива осложняется большой удаленностью основных угольных бассейнов от потребителя и отсутствие экологичных технологий сжигания этого топлива.
Основным районом добычи угля является Сибирский Федеральный округ.
Замечание 2
Западная и Восточная Сибирь, вместе взятые, дают 75% общероссийской добычи, причем, доля Западной Сибири постепенно увеличивается.
Крупнейшими угольными бассейнами являются Печорский, Кузнецкий, Иркутский, Канско-Ачинский, Тунгусский, Ленский, Минусинский.
Готовые работы на аналогичную тему
- Курсовая работа География угольной промышленности России 450 руб.
- Реферат География угольной промышленности России 220 руб.
- Контрольная работа География угольной промышленности России 210 руб.
Получить выполненную работу или консультацию специалиста по вашему учебному проекту Узнать стоимость
Рисунок 1. Территориальное распределение запасов угля в России. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Запасы угля Печорского бассейна более 344 млрд. тонн залегают на глубине до 300 м.
Крупнейшим бассейном является Кузнецкий, где добывается 56% российского каменного угля и 80% коксующегося. Кузнецкий уголь потребляется предприятиями Сибири, Урала, Европейской части России.
Запасы Иркутского угольного бассейна составляют 7,5 млрд. тонн, угольные пласты которого имеют разную мощность и неоднородную плотность залегания. Используется добываемый здесь уголь в энергетических целях.
К северо-востоку от Кузбасса расположился Канско-Ачинский угольный бассейн. Угли бассейна имеют местное значение, и используется для работы энергосистемы Красноярского края и Республики Хакасия.
Запасы Минусинского бассейна, расположенного в Хакасии, оцениваются в 2,7 млрд. тонн. Качество добываемого угля неоднородно. Добываемые угли широко используются для производства электроэнергии, поэтому его роль в энергобалансе страны огромна.
Тепловые электростанции в своей работе долю угля увеличивают и, согласно стратегическим планам развития отрасли к 2020 г она составит 31-38%.
Добыча угля в стране осуществляется как шахтным, так и открытым способом, что связано с глубиной залегания угля.
Открытый способ добычи возможен, когда глубина залегания пластов не более 100-600 м. При глубине пластов более 600 м разработка месторождения становится нерентабельной.
Российские угли экспортируются в страны ЕС, Китай, Японию, Турцию и др.
Перспектива отрасли связана с интеграций угольного производства и энергетики. Это даст возможность на базе шахт создать современные энергетические объекты.
Россию не ждет в ближайшие годы дефицит угля, специалисты считают, что баланс спроса и предложения на рынке будет сохраняться, но цены внутри страны на коксующиеся угли могут повыситься.
( 1 оценка, среднее 5 из 5 )
Битуминозный каменный уголь
Химическая структура угля
Ка́менный у́голь — твёрдое горючее полезное ископаемое, промежуточная по содержанию углерода форма угля между бурым углём и антрацитом.
История[править | править код]
Каменный уголь был известен ещё в древнем мире. Первое упоминание о нём связывают с Аристотелем (IV век до н. э.)[1]. Несколькими десятилетиями позже, его ученик Теофраст Эресский в «Трактате о камне» писал:
«… Носят эти ископаемые вещества название антрацита (или угля) … они вспыхивают и горят подобно древесному углю…»[2]
Древние римляне добывали каменный уголь для отопления на территории нынешней Великобритании. В I веке до н. э. в китайской провинции Юньнань уголь нагревали без доступа воздуха и получали кокс[3].
Характеристика[править | править код]
Плотная порода чёрного, иногда серо-чёрного цвета. Блеск смоляной или металлический. В органическом веществе каменного угля содержится 75—92 % углерода, 2,5—5,7 % водорода, 1,5—15 % кислорода. Содержит 2—48 % летучих веществ. Влажность 1—12 %. Высшая теплота сгорания в пересчёте на сухое беззольное состояние 30,5—36,8 МДж/кг. Каменный уголь относится к гумолитам; сапропелиты и гумитосапропелиты присутствуют в виде линз и небольших слоёв.
Образование каменного угля характерно почти для всех геологических систем — от девона до неогена (включительно); он активно формировался в карбоне, перми, юре. Залегает уголь в форме пластов и линзовидных залежей различной мощности (от десятков сантиметров до нескольких десятков и сотен метров) на разных глубинах (от выходов на поверхность до 2500 м и глубже).
Каменный уголь характеризуется нейтральным составом органической массы. Он не реагирует со слабыми щелочами ни в обычных условиях, ни под давлением. Битумы каменного угля, в отличие от угля бурого, представлены преимущественно соединениями ароматической структуры. В каменном угле не обнаружены жирные кислоты и эфиры, мало соединений со структурой парафинов. Угольное вещество является неферромагнитным (диамагнитным), минеральные примеси характеризуются парамагнитными свойствами. Магнитная восприимчивость угля возрастает с увеличением их стадии метаморфизма. По своим тепловым свойствам каменный уголь приближается к теплоизоляторам.
Главные технологические свойства каменного угля, определяющие его ценность: спекаемость и коксовая способность. Стандартный показатель спекания — индекс Рога (RI) и толщина пластического слоя в аппарате Л. М. Сапожникова.
Образование[править | править код]
Каменный уголь образуется из продуктов разложения органических остатков растений, подвергшихся изменениям (метаморфизму) в условиях высокого давления окружающих пород земной коры и сравнительно высокой температуры.
При погружении угленосной толщи на глубину в условиях повышения давления и температуры происходит последовательное превращение органической массы, изменение её химического состава, физических свойств и молекулярного строения. Все эти преобразования обозначаются термином «региональный метаморфизм угля». На конечной (высшей) стадии метаморфизма каменный уголь превращается в антрацит с ярко выраженной кристаллической структурой графита. Кроме регионального метаморфизма, иногда (реже) имеют место преобразования под воздействием тепла изверженных пород, расположенных рядом с угленосными толщами (перекрывающих или подстилающих их) — термальный метаморфизм, а также непосредственно в угольных пластах — контактовый метаморфизм. Рост степени метаморфизма в органическом веществе каменного угля прослеживается последовательным увеличением относительного содержания углерода и уменьшением содержания кислорода и водорода. Последовательно снижается выход летучих веществ (от 50 до 8 % в пересчёте на сухое беззольное состояние), изменяются также теплота сгорания, способность спекаться и физические свойства угля. В частности, линейно меняются блеск, отражательная способность, насыпная масса угля и другие свойства. Другие важные физические свойства (пористость, плотность, спекаемость, теплота сгорания, упругие свойства и другое) изменяются по ярко выраженным параболическим законам или смешанным.
Как оптический критерий стадии метаморфизма угля используется показатель отражательной способности; он применяется также и в нефтяной геологии для установления стадии катагенных преобразований осадочной толщи. Отражательная способность в масляной иммерсии (R0) последовательно возрастает от 0,5-0,65 % для угля марки Д до 2-2,5 % для угля марки Т.
Плотность и пористость каменного угля зависят от петрографического состава, количества и характера минеральных примесей и степени метаморфизма. Наибольшей плотностью (1300—1500 кг/м³) характеризуются компоненты группы фюзинита, наименьшей (1280—1300 кг/м³) — группы витринита. Изменение плотности с повышением степени метаморфизма происходит параболическим законом с инверсией в зоне перехода к группе жирных; в малозольных проявлениях она снижается от угля марки Д к марке Ж в среднем от 1370 до 1280 кг/м³ и затем последовательно возрастает для угля марки Т до 1340 кг/м³.
Общая пористость угля изменяется также по экстремальным законам; для донецкого угля марки Д она составляет 14—22 %, угля марки К 4—8 % и увеличивается (видимо, вследствие разрыхления) до 10—15 % для угля марки Т. Поры в угле разделяют на макропоры (средний диаметр 500×10−10 м) и микропоры (5-15×10−10 м). Промежуток занимают мезопоры. Пористость уменьшается с увеличением стадии метаморфизма. Эндогенная (развитая в процессе образования угля) трещиноватость, которая оценивается количеством трещин на каждые 5 см блестящего угля, зависит от стадии метаморфизма угля: она возрастает до 12 трещин при переходе бурого угля в длиннопламенный уголь и имеет максимум в 35-60 для коксующегося угля и последовательно уменьшается до 12-15 трещин при переходе к антрацитам. Подчинённые такой же закономерности изменения упругих свойств угля — модуль Юнга, коэффициент Пуассона, модуль сдвига (среза), скорость ультразвука. Механическая прочность каменного угля характеризуется его дробимостью, хрупкостью и твёрдостью, а также временным сопротивлением сжатию.
Классификация, виды[править | править код]
Каменный уголь разделяют на блестящий, полублестящий, полуматовый, матовый. Как правило, блестящие виды угля малозольны вследствие незначительного содержания минеральных примесей.
Среди структур органического вещества угля выделено 4 типа (телинитовый, посттелинитовый, преколинитовый и колинитовый), которые являются последовательными стадиями единого процесса разложения лигнинов — целлюлозных тканей. К генетическим группам каменного угля, кроме этих четырёх типов, дополнительно включён лейптинитовый уголь. Каждая из пяти генетических групп по типу вещества микрокомпонентов угля разделена на соответствующие классы.
Существует много видов классификаций каменного угля: по вещественному составу, петрографическому составу, генетические, химико-технологические, промышленные и смешанные. Генетические классификации характеризуют условия накопления угля, вещественные и петрографические — его вещественный и петрографический состав, химико-технологические — химический состав угля, процессы формирования и промышленной переработки, промышленные — технологическое группировки видов угля в зависимости от требований промышленности. Классификации угля в пластах используются для характеристики угольных месторождений.
Промышленная классификация угля[править | править код]
За основу промышленной классификации каменного угля в отдельных странах принимаются различные параметры свойств и состава угля: в США каменный уголь классифицируют по теплоте сгорания, содержанием связанного углерода и относительным содержанием летучих веществ, в Японии — по теплоте сгорания, так называемым топливным коэффициентам и прочностью коксов либо неспособностью к коксованию. В СССР в 1954 году как основная промышленная классификация действовала разработанная в 1930 году В. С. Крымом так называемая Донецкая классификация. Она называется иногда «марочной», одновременно является и генетической, поскольку положенные в её основу изменения свойств угля отражают их связь с генетическим развитием органического вещества угля.
Залежи[править | править код]
| Страна | Каменный уголь | Бурый уголь | Всего | % |
|---|---|---|---|---|
| США | 111338 | 135305 | 246643 | 27,1 |
| Россия | 49088 | 107922 | 157010 | 17,3 |
| Китай | 62200 | 52300 | 114500 | 12,6 |
| Индия | 90085 | 2360 | 92445 | 10,2 |
| Австралия | 38600 | 39900 | 78500 | 8,6 |
| Южная Африка | 48750 | 0 | 48750 | 5,4 |
| Украина | 16274 | 17879 | 34153 | 3,8 |
| Казахстан | 28151 | 3128 | 31279 | 3,4 |
| Польша | 14000 | 0 | 14000 | 1,5 |
| Бразилия | 0 | 10113 | 10113 | 1,1 |
| Германия | 183 | 6556 | 6739 | 0,7 |
| Колумбия | 6230 | 381 | 6611 | 0,7 |
| Канада | 3471 | 3107 | 6578 | 0,7 |
| Чехия | 2094 | 3458 | 5552 | 0,6 |
| Индонезия | 740 | 4228 | 4968 | 0,5 |
| Турция | 278 | 3908 | 4186 | 0,5 |
| Мадагаскар | 198 | 3159 | 3357 | 0,4 |
| Пакистан | 0 | 3050 | 3050 | 0,3 |
| Болгария | 4 | 2183 | 2187 | 0,2 |
| Таиланд | 0 | 1354 | 1354 | 0,1 |
| Северная Корея | 300 | 300 | 600 | 0,1 |
| Новая Зеландия | 33 | 538 | 571 | 0,1 |
| Испания | 200 | 330 | 530 | 0,1 |
| Зимбабве | 502 | 0 | 502 | 0,1 |
| Румыния | 22 | 472 | 494 | 0,1 |
| Венесуэла | 479 | 0 | 479 | 0,1 |
| Всего | 478771 | 430293 | 909064 | 100,0 |
Каменный уголь сосредоточен в Донецком каменноугольном бассейне и в Львовско-Волынском угольном бассейне (Украина); Карагандинском (Казахстан); Южно-Якутском, Минусинском, Буреинском, Тунгусском, Ленском, Таймырском (Россия); Аппалачском, Пенсильванском (Северная Америка), Нижнерейнско-Вестфальском (Рурском — Германия); Верхнесилезском, Остравско-Карвинском (Чехия и Польша); бассейне Шаньси (Китай), Южно-Валлийском бассейнах (Великобритания).
Среди крупнейших каменноугольных бассейнов, промышленная разработка которых началась в XVIII—XIX вв., выделяют Центральную Англию, Южный Уэльс, Шотландию и Ньюкасл (Великобритания); Вестфальский (Рур) и Саарбрюккенский бассейны (Германия); месторождения Бельгии и Северной Франции; бассейны Сент-Этьенна (Франция); Силезии (Польша); Донецкий бассейн (Украина).
Международный рынок[править | править код]
В 2017 году[5] уголь занял 16-е место среди наиболее торгуемых товаров на мировом внешнем рынке. Оборот оценивался в 122 млрд долл. США.
- Ведущие экспортеры (объём экспорта и импорта в скобках в млрд долларов):
- Австралия 39 % (47)
- Индонезия 16 % (18,9)
- Россия 13 % (16,1)
- США 8,7 % (10,6)
- Колумбия 6,3 % (7,63)
- ЮАР 5,1 % (6,23)
- Канада 4,6 % (5,66)
- Основные импортеры
- Япония 16 % (19,5)
- Индия 16 % (19,4)
- Китай 15 % (17,8)
- Южная Корея 11 % (13,3)
Использование[править | править код]
Каменный уголь используется как технологическое, энерго-технологическое и энергетическое сырьё, при производстве кокса и полукокса в связи с получением из них большого количества химических продуктов (нафталин, фенол, пек и так далее), на основе которых получают удобрения, пластмассы, синтетические волокна, лаки, краски и так далее.
Одно из самых перспективных направлений использования каменного угля — сжижение (гидрогенизация угля) с получением жидкого топлива. Существуют различные схемы неэнергетического использования каменного угля на основе термохимической, химической и другой переработки с целью их полного комплексного использования и обеспечения охраны окружающей среды.
См. также[править | править код]
- Угольная промышленность
- Каменноугольный кокс
Примечания[править | править код]
Литература[править | править код]
- Смирнов В. А., Сергеев П. В., Белецкий В. С. Технология обогащения угля. Учебное пособие. — Донецк: Восточный издательский дом, 2011. — 476 с.
- Белецкий В. С. Уголь в современном мире и Украине // Донец. Рос. Науч. т-во им. Шевченко. Т. 3: Химия, технические науки, науки о земле, медицина и психология. — Донецк, 2003. — С. 58-66.
- Каменный уголь // Техническая энциклопедия. Том 9. — М.: Советская энциклопедия, 1929. — Стб. 606—633