Каменный уголь (I)

Каменный угольКАМЕННЫЙ УГОЛЬ, один из типов каустобиолитов (антрацит и бурый уголь, см. Ископаемые угли). Сюда относятся ископаемые гумусовые угли, характеризующиеся черным цветом, часто блестящей поверхностью, раковистым изломом и черной чертой. При ударе они колются на параллелепипедальные куски по плоскостям спайности; при прикосновении пачкают; КОН на них не действует. Часто один и тот же пласт каменного угля состоит из отдельных чередующихся слоев с различными физическими свойствами. Некоторые из этих слоев состоят из матового черного вещества шелковистого или волокнистого сложения. В этих матовых слоях иногда ясно можно различить обугленные остатки растительных тканей, древесины и перидермы (mineral coal, fusain, Faserkohle). С этими матовыми прослойками чередуются прожилки плотного угля с сильным блеском. Этот блестящий уголь получился по-видимому гл. обр. из скоплений коры, листьев, плодоношений, спор (споры встречаются не во всех углях) и семян. Древесина принимает сравнительно незначительное участие в образовании материнского вещества блестящих полос угля. Вообще, древесина составляла не большую часть в массе материнского вещества палеозойских углей. Это естественно уже по одному тому, что древесина большинства деревьев, например, каменноугольного периода, в противоположность деревьям нашего времени, составляла весьма незначительную часть в массе растения.

Последнее обстоятельство подтверждается и данными элементарного анализа углей. Древесные гумусовые каустобиолиты, к которым относятся, например, некоторые бурые угли, почти не обнаруживают содержания азота; сапропелевые же и битуминозные образования, возникшие гл. обр. из белковых веществ, содержат значительное количество азота. Древние каменные угли содержат также заметное количество азота и выделяют при дистилляции аммиак и разнообразные углеводороды. Вот почему они и получили название битуминозных или, при малом содержании летучих веществ, полубитуминозных каменных углей. Поэтому можно думать, что древесная растительность палеозойских периодов отличалась от позднейшей значительно меньшим развитием древесины и преобладанием паренхимной ткани, богатой белковыми веществами, как это подтверждается и анатомическим строением дошедших до нас ископаемых остатков древней флоры.

Каменные угли по составу и свойствам распадаются на несколько видов. Одним из свойств каменных углей, имеющим большое значение в промышленности и дающим некоторую основу для классификации, является общий характер получающегося из них кокса. В одних случаях этот кокс имеет порошкообразный вид; в других - сплавленный, трещиноватый или без трещин; в иных случаях он представляет спекшуюся, иногда вспучившуюся массу. Спекшийся кокс, получаемый лишь из битуминозных каменных углей (возможна при этом присадка антрацита), является незаменимым горючим в металлургии, особенно при выплавке чугуна. Было сделано несколько попыток систематизировать каменные угли по группам. Наиболее популярной, хотя и несколько устаревшей, является классификация Грюнера (табл. 1).

Классификация Грюнера (каменных углей)

Эта классификация предложена Грюнером только для каменных углей. Но иногда к I ее группе относят также бурые и сапропелевые угли. Для каменноугольных месторождений СССР классификация Грюнера не вполне применима. От нее значительно отклоняются угли Донецкого бассейна, а угли Кузнецкого бассейна совсем в нее не укладываются; так, коксовыми углями в Кузнецком бассейне являются угли с содержанием 22—36% летучих веществ.

Происхождение каменных углей - см. Ископаемые угли.

Месторождения каменных углей. Из месторождений каменных углей в СССР на первом месте по своему промышленному значению стоит Донецкий бассейн. По запасам углей и их качествам он значительно уступает Кузнецкому бассейну, но его расположение почти в центре европейской части Союза, неподалеку от нашей главнейшей железорудной базы - Кривого Рога - содействовало здесь мощному развитию угледобывающей промышленности и образованию значительных кадров горнопромышленного пролетариата. Разнообразие типов каменных углей, от сухих длиннопламенных (I группа Грюнера) до прекрасных антрацитов (V группа), значительное количество коксующихся углей (IV группа) - все это заставляет считать Донецкий бассейн «всесоюзной кочегаркой». Из общей добычи 1926/27 г. по всему Союзу в 31352000 т на долю Донецкого бассейна (без учета арендаторских шахт и акционерного общества «Горнопром») падало 24086000 т, или около 77%. Это соотношение мало изменилось и в следующие годы. Донецкий бассейн занимает полосу шириной в 370 км с общей поверхностью в 25000 км2. Угленосная толща Донецкого бассейна, заключающая в себе от 30 до 40 пластов рабочей мощности (0,5 м и больше), относится к среднему отделу каменноугольной системы, т. е. моложе угленосных отложений Подмосковного бассейна, и Западного склона Урала (Кизеловский район). Пропластков угля нерабочей мощности в Донецком бассейне очень много - до 160—170. Донецкий бассейн представляет типичный пример т. н. паралического образования: покрытая мощной растительностью приморская полоса сути, вследствие неоднократных колебаний уровня моря, затоплялась им, причем на растительных остатках отлагалась толща минеральных (по большей части песчано-глинистых) осадков. Рабочие пласты угля, мощностью чаще всего 0,66—1 м и очень редко до 2 м (мощность суммарного пласта Донецкого бассейна можно принять равной 16 м), иногда прослеживаемые на огромных расстояниях без больших изменений мощности и структуры, обнаруживают, однако, весьма различное содержание летучих веществ и в зависимости от этого - различные свойства; это видно из табл. 2, представляющей анализ одного и того же пласта К8 в разных районах.

Анализ одного и того же пласта каменного угля  К8 в разных районах

Содержание серы в донецких углях редко менее 1%, обыкновенно же 2—3% и выше. Из общего запаса углей Донецкого бассейна в 68167 млн. т, подсчитанного до глубины 1800 м от поверхности для пластов мощностью не менее 0,533 м, на долю каменных углей первых четырех групп Грюнера приходится 28568 млн. т, т. е. около 42% всех запасов бассейна. Наиболее сильно развита добыча этих углей в старых промышленных районах - Алмазно-Марьевском, Макеевском, Сталинском, Горловском - и в новом - Гришинском.

Вторым важным промышленным районом прекрасных каменных углей является Кузнецкий бассейн, расположенный в Сибири по рекам Томи и Ине, притокам реки Оби. По площади распространения угольных отложений он не уступает Донецкому бассейну и представляет окруженную нижнепалеозойскими отложениями котловину, вытянутую в направлении от северо-запада на юго-восток и прорезанную в некоторых местах выходами массивно-кристаллических пород. Геологический возраст угленосной толщи Кузнецкого бассейна до сих пор окончательно не установлен. Правдоподобнее всего считать нижнюю толщу этих отложений за каменноугольную и верхнюю - за пермскую. Коэффициент угленосности Кузнецкого бассейна значительно выше, чем Донецкого. Самые пласты отличаются значительной мощностью (8—10 и даже 14 м) и, как правило, отсутствием прослойков. Большая часть пластов представлена полосатыми углями (см. Ископаемые угли), причем одни из них главн. обр. матовые, другие отличаются сильным смоляным блеском, третьи представляют чередование блестящих и матовых полос почти в равном соотношении. По химическому составу угли Кузнецкого бассейна отличаются поразительной чистотой. Как вывод из многочисленных анализов этих углей необходимо отметить: 1) весьма малое содержание в них серы - от 0,2 до 0,87%, редко до 1,12%, в среднем 0,6%, 2) малое содержание золы - 3—10%, в среднем около 7% и 3) их высокую калорийность - около 8000 Cal.

При описании свойств углей Кузнецкого бассейна следует особо остановиться на некоторых ценных качествах углей Прокопьево-Киселевского района, подчиненных нижней угленосной свите. Лучше других исследован здесь т.н. «Мощный пласт» (от 14 до 15 м мощности). Уголь этого пласта отличается весьма большой вязкостью и крепостью, не дает мелочи при перевозках и не рассыпается в мелочь при долгом лежании на воздухе; он почти бездымен и дает порошкообразную золу. При сравнительных испытаниях этого угля и английского флотского кардифа выяснилось, что дымность его меньше и количество мелочи в нем, после испытания в барабане на вязкость, почти вдвое меньше, чем в кардифе. По химическому составу он также выше последнего: среднее из 10 анализов этого угля на Нижне-Тагильском заводе дало: влаги 5,99%, золы 4,56%, серы 0,21%, летучих веществ 19,09%. Этот уголь обладает еще одним ценным и редким свойством: он может заменять кокс и древесный уголь при доменных плавках, что подтверждено опытами Гурьевского завода в Сибири, а также Нижне-Тагильского и Нижне-Салдинского на Урале, причем выплавленный на этом угле чугун был экономически выгоднее при том же качестве металла: содержание серы в нем не превышало 0,03%. В некоторых углях Кузнецкого бассейна содержится до 7 % парафина. Беря мощность суммарного пласта Кузнецкого бассейна в 114 м и принятую к учету площадь в 16000 км2, получаем общий запас углей Кузнецкого бассейна в 400000 млн. т до глубины 1500 м, пластами рабочей мощности считаются пласты от 0,71 м. Примерно половина этого запаса приходится на долю антрацитов и тощих углей и половина - на долю углей коксовых и кузнечных, жирных и сухих длиннопламенных.

Для характеристики главнейших месторождений Кузнецкого бассейна в табл. 3 по каждому месторождению показаны мощность суммарного пласта и средняя плотность запаса (т. е. запас угля на единицу поверхности) на 1 км2 до глубины 500 м.

Месторождения Кузнецкого бассейна

С угленосными отложениями Кузнецкого бассейна на основании палеофитологического и литологического материала отождествляют отношения Минусинского района. По обоим берегам реки Абакана и частью по левому берегу реки Енисея, близ г. Минусинска, расположены месторождения каменного угля - Черногорское, Изыхское и Калягинское. Эти три месторождения лежат в одной угленосной мульде площадью более 300 км2. Кроме того, в 60—70 км от устья Абакана, неподалеку от его левого берега находится Аскызское каменноугольное месторождение, а на правобережьи этой реки в 40—50 км от устья, - месторождение Соснового озера и Красная копь. По своему характеру эти угли частью относятся к сухим пламенным, частью - к спекающимся; количество летучих варьирует от 33,74 до 39,9%. Как и угли Кузнецкого бассейна, эти угли очень малосернисты (0,50—1,32%) и малозолисты (1,87 до 5,40%, один пласт - 16,05%). В пределах Изыхской копи - не менее 10 пластов с мощностью в 1 м и выше; на Калягинских копях обнаружено до сих пор 4, а на Черногорских - 5 рабочих пластов. Запас углей Минусинского района исчисляется, пока совершенно ориентировочно, в 6250 млн. т. С окончанием постройки Ачинск-Минусинской железной дороги район приобретает большое значение, так как уголь получает выход на сибирскую магистраль.

Из других месторождений каменного угля, призванных играть в близком будущем значительную промышленную роль, необходимо отметить месторождение западного склона Урала, Ткварчельское и Тквибульское месторождения на Кавказе, Карагандинское и Экибастузское - в Казахской АССР.

Месторождение западного склона Урала (Кизеловский район) является длинной и узкой антиклинальной складкой, тянущейся в меридиональном направлении от копи Баской до Луньевки по крайней мере на 80 км. В этих пределах уголь подвергался разработке копями: Баской, Усьвинской, Верхней и Нижней Губахинскими, Половинкинской, Кизеловской и Луньевской. Довольно детальные разведки проведены и севернее - до реки Чаньвы. Но и далее к северу, почти на 125 км по меридиану от реки Чаньвы до реки Вишеры, по рекам бассейна последней (Вильве, Кынцуру, Яйве, Язьве и др.), известны выходы не только угленосной толщи, относящейся здесь к нижне-каменноугольным отложениям, но и самих угольных пластов. На действовавших копях западного склона Урала разрабатывались от 2 до 4 (редко больше) рабочих пластов, мощностью от 0,7 до 3 м. Уголь плотный, смолистый, хорошо сохраняется на воздухе. По своему составу уголь невысоких качеств: в нем 3—5 % (иногда до 8%) серы и 17—22% золы. Теплотворная его способность - 5500—6000 Cal. Вследствие недостаточной разведанности угленосной полосы подсчет запасов производился до самого последнего времени лишь до уровня реки Косьвы и давал ничтожную величину. Лишь осенью 1928 г. на основании последних геологических и разведочных данных была сделана первая попытка подсчитать запас к югу от Кизела на глубину 1 км, причем этот запас выразился цифрой около 2 млрд. т. Геологический комитет впоследствии уточнил этот подсчет и принял запас равным 1665475000 т. Несмотря на невысокое качество углей этого месторождения, оно призвано сыграть крупную роль в развитии уральской промышленности. Путем обогащения на столах Вильфлея уголь довольно легко теряет большую часть золы и серы, после чего дает металлургический кокс с содержанием золы 11—14% и серы до 2%. Соответственно стоимости, кизеловский кокс может широко применяться на северном Урале, тогда как южный Урал (Магнитогорский завод) должен будет получать кокс из кузнецкого угля.

Ткварчельское месторождение каменного угля, расположенное в пределах Абхазии, является крупнейшим не только для Закавказья, но и для всего Кавказа. До сих пор, однако, оно недостаточно исследовано: из 6 известных угленосных площадей этого месторождения детальному изучению за самое последнее время подверглись лишь две: 1) по бассейнам рек Б. Махме и Хеликвара, а также по левому берегу реки Гализги и 2) по бассейнам левых притоков рек Гализги и Агырво-Дистаблыса. Угленосная площадь этих районов, как и всех других, сложена среднеюрскими отложениями. Пласты угля отличаются большим непостоянством и по мощности и по составу. На расстоянии всего лишь 225 м мощность, например, пласта I колеблется от 1 до 13,17 м. Одновременно и без всякой видимой закономерности содержание серы в угле меняется от 0,6 до 3,95%, золы - от 3,7 до 32,6%, летучих - от 24,8 до 32,7%. Это обстоятельство, в связи с некоторыми другими соображениями, позволяет принять здесь аллохтонный способ накопления угольной массы (см. Ископаемые угли). По своим физическим свойствам уголь всех 5 пластов м. б. отнесен к 3 типам: 1) компактная непластичная масса, в изломе мелкозернистая, с сильным матовым отливом; 2) масса с характерной пучковато-струйчатой отдельностью, по которой уголь разбивается рядом косых криволинейных поверхностей, покрытых тонкими продольными струйками и 3) черный, блестящий, крупнозернистый, в изломе пластинчатый уголь. Уголь совершенно не подвержен самовозгоранию, плотен и при подрывных работах дает крупные куски. Он выдерживает длительный срок хранения, мало выветриваясь: уголь, взятый из старых отвалов, после 25-летнего лежания сохранил свои основные качества. По своему типу он относится к настоящим гумусовым каменным углям. Теплотворная способность угля I пласта 7200—7700 Cal, других пластов 5300—6800 Cal. В 1927 году Югосталь произвела валовую отборку проб из пластов. I-а и 1-b на 2-й площади и подвергла их испытанию на коксуемость в Макеевских коксовых печах. Полученный кокс для всех проб обнаружил хорошие металлургические качества. На Ткварчельском коксе предположена теперь плавка керченских и дашкессанских железных руд. Запас угля на указанных двух площадях, относимый к категориям А и В Геологического комитета (см. Ископаемые угли) определяется в 69,3 млн. т; общий же запас всех категорий угля этого месторождения на всех площадях, по последним данным Главгортопа ВСНХ СССР, достигает 7 млрд. т.

Тквибульское месторождение каменного угля, расположенное к северо-востоку от Кутаиса, у подножия Накеральского хребта, также относится к среднему отделу юрской системы. Главный рабочий пласт, мощностью от 23 до 25 м, разбит прослойками углистых и глинистых сланцев на отдельные пачки; как мощность, так и качество пласта довольно непостоянны. Содержание золы в угле 10,5—19%, серы 0,72—2,12%, летучих 37,82—40,40%. Пласт прослежен на 5—6 км. Запас - около 23 млн. т.

Карагандинское месторождение, расположенное в 180 км к юго-востоку от Акмолинска, известно давно, и его начали разрабатывать уже более 70 лет тому назад. В настоящее время значение этого крупнейшего в Казахстане месторождения увеличивается вследствие относительной близости его к строящемуся Магнитогорскому заводу, а также благодаря открытию вблизи г. Каркаралинска новых крупных месторождений железных руд (Кентюбе-Тогай). Сверх того, близость к строящейся Туркестано-Сибирской магистрали, бедной топливом, и открытие на северном побережье озера Балхаш крупных запасов медной руды еще более повышают значение этого ценного месторождения. Общая мощность угленосных отложений достигает 2,5 км. Они подстилаются толщей значительной мощности (до 1,5 км), в которой не открыто пластов угля, и известняком нижне-каменноугольного возраста. Известно 8 рабочих пластов, но, несомненно, открыты еще не все имеющиеся в месторождении пласты. Разрабатывались здесь лишь 5 пластов. Мощность этих пластов различна: от 0,94 до 6,8 м. Некоторые пласты разбиты прослойками глинистого сланца на отдельные пачки. Благодаря этим мелким прослойкам уголь таких пластов очень золист. Анализ дал для двух главных рабочих пластов шахты Герберт и для пласта Нового шахты Джимми такие результаты (в %):

Анализ дал для двух главных рабочих пластов шахты Герберт и для пласта Нового шахты Джимми такие результаты

Анализы, произведенные лабораторией Геологического комитета, показали значительно лучший состав кускового угля: от 6,68 до 15% золы (один пласт дал 30%), 0,27—1,43% серы, 20,7—33,67% летучих веществ, при влажности 0,75—13,9%. Уголь некоторых пластов, несмотря на длительное лежание, дал в лабораторных пробах спекшийся невспученный кокс. Определения теплотворной способности карагандинского каменного угля, произведенные лабораторией Томского горного управления, дают 5526—6128 Cal. Запасы месторождения исчисляются около 5 млрд. т. Месторождение требует детальной разведки и опробования.

Другим значительным месторождением каменного угля в Казахстане является Экибастузское, расположенное в 125 км к юго-западу от г. Павлодара. Оно подстилается, как и Карагандинское, нижне-каменноугольным известняком и представляет котловину около 13 км длиной и 5,5 км шириной. Рабочих пластов - не менее 4; мощность их довольно непостоянна. Уголь первого пласта, лучшего по качеству, содержит 11—19% золы, 1—2,6% серы, 28,7—32,5% летучих веществ; теплотворная способность 6887—7560 Cal. Уголь этого пласта дает довольно плотный серебристый, несколько трещиноватый кокс с содержанием золы до 23% и серы 1,10—1,86%. Общий запас месторождения - около 600 млн. т.

Из каменноугольных месторождений Сибири и Дальнего Востока, не имеющих в настоящее время очень большого промышленного значения, но обладающих данными для этого, следует отметить Иркутский бассейн, Сучанский район и месторождения о-ва Сахалина.

Главная масса углей Иркутского бассейна, занимающего площадь около 25000 км2, принадлежит к каменным углям I и II групп Грюнера; по возрасту они относятся к юре. И самые залежи и мощности пластов очень непостоянны. Наиболее разведан Центральный район, где расположена группа копей у ст. Черемхово. Главный пласт имеет здесь от 4 до 5 м чистого угля. Здесь же имеется и другой пласт около 0,64 м мощности. Общие запасы углей Иркутского бассейна, не исключая богхедовых районов, составляют 52,1 млрд. т, а именно:

Общие запасы углей Иркутского бассейна, не исключая богхедовых районов

Общие запасы углей Иркутского бассейна, не исключая богхедовых районов

Сучанское месторождение имеет важное значение благодаря высокому качеству угля, который идет и на экспорт. До настоящего времени разрабатывалась угленосная свита (юрской системы), содержащая 9 пластов угля, из них 5 рабочих, мощности 0,64—1,5 м. Угли относятся к полуантрацитам и к спекающимся углям, дающим хорошего качества кокс. Разведочными работами 1926 г. в северо-восточной части отвода Оршанских копей было обнаружено 5 пластов (4 с мощностью, близкой к рабочей), по-видимому, палеозойского возраста. Общий запас месторождения, по последним данным, около 12775 тыс. т.

На о-ве Сахалине каменный уголь тянутся полосой вдоль западного берега. Угли принадлежат к разным категориям - от длинно-пламенных до полуантрацитов. Лучшие коксовые угли находятся в районе Дуэ, отданном японским концессионерам. Угли Сахалина довольно высокого качества и могут идти на экспорт. Общие запасы исчисляются ориентировочно до 2 млрд. т. Возраст углей - меловой и третичный.

Некоторые геологи склонны признавать существование в Сибири огромного т. н. Тунгусского каменноугольного бассейна, занимающего, по их предположению, почти все пространство между реками Леной и Енисеем к северу от 58 параллели, почти на 1400 км по меридиану и на 1250 км по параллели. Они определяют его площадь в 800—900 тыс. км2 и считают его первым в мире по величине. Хотя и нельзя отрицать возможности нахождения отдельных крупных месторождений ископаемого угля на указанной площади, все же было бы неосторожно без достаточных геологических и разведочных работ объединять все имеющиеся в указанных пределах выходы угля и графита в один грандиозный бассейн. Некоторые уже известные месторождения т. н. Тунгусского бассейна заслуживают, однако, серьезного внимания. Сюда прежде всего необходимо отнести расположенные вдоль западной границы этого гипотетического бассейна Курейское и Норильское месторождения. Первое представляет месторождение антрацита, переслаивающегося с неантрацитовыми углями на реке Курейке, выше известного графитового месторождения. Возможный запас - до 30 млрд. т. Второе расположено далеко за полярным кругом у Норильских гор, в низовьях реки Енисея, к востоку от поселка Дудинки, и содержит 3 пласта угля; из них 2 - рабочей мощности (2,4 и 4,66 м). Угли последнего месторождения - типичные битуминозные, вероятно автохтонного происхождения и, скорее всего, пермского возраста. В главной массе они относятся к IV группе Грюнера, со средним содержанием летучих веществ 22—23%. Зольность изменчива, иногда до 2—3%; серы около 1%; теплотворная способность - около 7500 Cal. Запасы исчислены в 65,87 млн. т, из которых действительных 15,33 млн., вероятных 18,27 млн. и возможных 32,27 млн.

Значительный, по-видимому, интерес, представляют мало еще разведанные Печорские месторождения каменного угля. Выходы углей (гл. обр., пермского возраста) приурочены к бассейну реки Косьвы, притока Усы, и отчасти - к самой Усе, к рекам Сынь-Ю и Оранцу, притокам Печоры, и реки Вуктылу, притоку реки Подчерема, впадающему справа в Печору. Разведочные работы производились по левому притоку реки Косьвы - Нёче и по правым притокам - Б. Инте и Кожиму, особенно по последнему. За три года разведочных работ Геологического комитета в районе Кожима обнаружено 29 рабочих угольных пластов с суммарной мощностью 24,91 м, причем мощность чистого угля в каждом пласте (без пропластков пустой породы) - не менее 0,5 м. Что касается анализов угля, взятого на выходах, то они не дают действительного состава угля и показывают лишь количество летучих от 15—18 до 42—43%; серы - от 0,26 до 5,5—6%; золы в среднем - около 20% и выше. Все пласты, кроме одного (по Б. Инте), не показали признаков спекаемости. В настоящее время здесь ведется глубокая разведка с целью надлежащего опробования угля. По ориентировочным подсчетам, себестоимость добытого печорского угля будет одинакова с себестоимостью донецкого угля. В этом случае печорский уголь на транспорте и в промышленности северного района РСФСР мог бы успешно конкурировать с дровами.

В пределах европейской части СССР можно отметить еще одно, ничтожное, правда, по запасам, но единственное в Крыму месторождение - Бешуйское с 2 пластами каменного угля, неустойчивыми по мощности и свойствам. Запасы этого месторождения - всего около 280 тыс. т.

Что касается среднеазиатских республик, их каменноугольные месторождения, деятельно разведываемые за последние годы, еще недостаточно исследованы. При сильной иногда нарушености залегания, неустойчивости углесодержащих толщ, сложности строения каменноугольных пластов и их непостоянстве по простиранию и по падению, месторождения Средней Азии требуют самого внимательного изучения. Здесь известны и палеозойские и юрские угли. Первые представлены незначительными месторождениями каменного угля и антрацитов; главнейшую часть запасов дают угли юрского возраста, иногда коксующиеся. Наиболее существенны, в смысле угленосности, районы Нарынский, Приандижанский, Маргеланский, Исфаринский, Ходжентский и Зеравшанский. Запасы углей Нарынского района, частью спекающихся, для нескольких угленосных площадей - около 8,5 млн. т. Отчасти спекающиеся угли имеются также в Маркайском и Кок-Янгакском месторождениях Приандижанского района, запасы которых не менее 160 млн. т. В Маргеланском районе известно несколько месторождений, среди которых копь Кизыль-Кия, связанная подъездным путем в 40 км с Маргеланом, располагает общим запасом до 25 млн. т. Среди месторождений Исфаринского района следует отметить Шурабское с несколькими пластами угля до 12 м мощности (работали лишь несколько копей) и запасом до 18 млн. т. В восточной части Ходжентского района - Кокинесайское, в западной - Сулюктинское месторождение с мощностью пластов до 6 м и запасом до 57,5 млн. т. В Зеравшанском районе известно Кштутское месторождение (до 24 пластов с суммарной мощностью в 36 м) с запасами до 58 млн. т. Ведущимися в настоящее время разведочными работами можно установить более точно действительное значение ряда важнейших среднеазиатских месторождений.

Классификация углей главных угольных бассейнов (так называемые технические условия), принятая Госпланом СССР, представлена в табл. 4 и 5.

Классификация углей главных угольных бассейнов (так называемые технические условия), принятая Госпланом СССР

Классификация углей главных угольных бассейнов (так называемые технические условия), принятая Госпланом СССР

Методика исследования каменного угля. Современное исследование углей ведется в зависимости от предназначения их для тех или иных целей. Чаще всего уголь используется путем непосредственного сжигания в топке; иногда он предварительно подвергается облагораживанию, и затем уже используются образующиеся продукты; наконец, он может служить сырьём для химической промышленности (см. схему).

Методика исследования каменного угля

Исследование ведут для определения или только балласта (влаги и золы), или общего состава (балласта, выхода летучих и кокса с характеристикой последнего). Обычно считают необходимым определение и элементарного состава [Н, С, N, О (или О+N)], теплотворной способности и плавкости золы. При поставке углей по новым техническим условиям (введенным с 1 апреля 1929 г.) определяют: размеры кусков в мм, содержание влаги, золы, летучих и кокса, с характеристикой лабораторного коксового королька, и теплотворную способность. Для углей специального назначения, идущих для коксования и добывания светильного газа, считают необходимым производить испытания в опытных установках с учетом получающихся побочных продуктов, а в случае бергинизации и полукоксования - сухую перегонку в алюминиевой реторте Фишер-Шрадера или вращающемся барабане по системе Фишера. По схеме Г. Л. Стадникова, одобренной Всесоюзной теплотехнической конференцией 1928 г., подлежат определению: общий и элементарный состав и выходы продуктов полукоксования с анализом первичного газа и теплотворной способности. Л. К. Рамзин обычно дает характеристику общего и элементарного состава, теплотворной способности рабочего топлива и горючей части, способности кокса к выветриванию и самовозгоранию и температуры размягчения золы. По Шлепферу, надлежит определять спекаемость и вспучиваемость кокса, изменения золы при высоких температурах, температуру вспышки, горючесть кокса и скорость газификации. К. Бунте к этому добавляет определение температуры плавления золы (по его методу), теплоты «коксования», теплотворной способности (по Гейперту) для газовых углей, исследование сухой перегонки при низких температурах (по Фишеру-Шрадеру) - для углей, подвергающихся полукоксованию и газификации, и, наконец, определение содержания битуменов, витрена, кларена, дюрена и фюзена. Во всех случаях результаты исследования только тогда дают, действительную характеристику углей, когда оно ведется для правильно отобранной средней пробы, так как отдельные куски или порции дают весьма различные цифры.

Отбор пробы. Для исследования можно брать пробы: 1) из пластов, 2) при погрузке или выгрузке, 3) из штабелей и вагонов, 4) при испытании котельной, 5) в условиях эксплуатации котельной. При геологических изысканиях отбирается шурфовая проба через всю толщу пласта. При разработках отбирается столбик через всю толщу.

Исследование каменного угля. За последнее время повсюду, за границей и у нас, выявилась тенденция к установлению единых обозначений и стандартизованных методов испытания. Термины и символы, применяемые у нас при исследовании топлива, приведены в табл. 6.

Термины и символы, применяемые при исследовании топлива

1. Определение влаги ведется высушиванием 1—2 г в стеклянном стаканчике с притертой крышкой (высота около 25—30 мм, диаметр 40 мм) при температуре 102—105°С в двустенном сушильном шкафу или в шкафах типа термостата. По высушивании в течение 2 ч. стаканчик закрывается, охлаждается в эксикаторе над серной кислотой не менее получаса и взвешивается. Влага определяется по разнице веса. Для углей, чувствительных к температуре в 100°С, определение производится лишь высушиванием в эксикаторе над серной кислотой до постоянного веса.

2. Определение золы ведется с навеской 1—2 г угля в платиновом или фарфоровом тигле на горелке или в муфельной печи с постепенным повышением температуры до постоянного веса навески (около 800°С). При применении муфельных печей рекомендуется заменять тигли чашечками для ускорения процесса озоления. По охлаждении в эксикаторе вес прокаленного остатка принимается за содержание золы. При точных определениях надлежит вводить поправку в 0,08% на гидратную воду и на серу (Аиспр. = A + 1/8·S), т. к. при сгорании каменного угля сернистое железо золы превращается в окись. Анализ золы ведется общими методами неорганического анализа.

3. Определение летучих веществ производится с навеской в 1 г в платиновом тигле № 7 Государственного платинового завода (Москва); нагревание производится на спиртовой горелке Бартеля № 2 при высоте пламени не менее 18 см (применяется спирт специальной денатурации). Тигель помещается на платиновом треугольнике, так чтобы дно тигля находилось на расстоянии 8 см от отверстия горелки, и обогревается полным пламенем горелки до полного выделения летучих. После охлаждения в эксикаторе тигель взвешивается. Потеря в весе, за вычетом содержания влаги, дает выход летучих веществ. Для длиннопламенных и бурых углей рекомендуют брать навеску в виде брикета. Для углей с неспекающимся коксом рекомендуют предварительно подогреть тигель в течение 5 м., чтобы предупредить образование искр.

4. Определение элементарного состава ведется общими методами органического анализа для С и Н, на газовой или электрической печи. Определение азота производится по методу Кьельдаля. Определение всей серы рекомендуется делать по Эшка, с навеской 0,5—1 г, в зависимости от содержания серы (во избежание потерь содержание серы в навеске не должно превышать 0,025 г). Уголь смешивают с 2 г смеси Эшка (2 ч. окиси магния и 1 ч. безводной соды) в платиновом или фарфоровом тигле; нагревание надлежит вести осторожно, усиливая его постепенно до 850°С. Содержимое тигля по охлаждении переносится в стакан, обливается 75 см3 горячей воды и 4 см3 насыщенной бромной воды или 10 см3 3%-ного раствора перекиси водорода, нагревается до кипения и фильтруется. Фильтрат обрабатывается соляной кислотой до слабокислой реакции. Раствор нагревается до кипения и к нему при помешивании добавляется постепенно 10 см3 кипящего 5 %-ного раствора хлористого бария. После 12-часового стояния раствор пропускается через плотный фильтр, тщательно промытый осадок высушивается, прокаливается и взвешивается. В смеси Эшка предварительно определяется содержание серной кислоты, которое и принимается в расчет при вычислении. Все вышеуказанные методы разработаны Комиссией по унификации методов лабораторного испытания топлива при Бюро теплотехнических съездов. В Америке недавно введено, на правах стандартного, определение серы в калориметрической бомбе при определении теплотворной способности, а также в патроне Парра. Определение сульфатной серы производится или обработкой золы смесью Эшка или сплавлением с содой. За вычетом ее из общего содержания серы получается т.н. горючая сера. Сульфидную серу определяют при обработке НСl в токе углекислоты; выделяющийся сероводород улавливается раствором уксуснокислого кадмия. Органическая сера определяется по Пауеллу и Парру.

5. Определение теплотворной способности производят методами сжигания в калориметрических бомбах в сжатом кислороде, измеряя выделяющуюся при этом теплоту и учитывая путем введения поправок влияние радиации, образования кислот, накаливания или сгорания проволоки и т. д. Можно применять бомбы Вертело, Лангбейна, Крекера; предпочтительна бомба Крекера из крупповской стали марки «V2А» с платиновой арматурой. Поправка на радиацию должна вестись по формулам Щукарева или Рубина. Установление водного эквивалента калориметра производят по стандартной бензойной кислоте Главной палаты мер и весов; проверка термометров обязательна. Определение теплотворной способности газа ведется или в аппарате Юнкерса, «Унион» или по методу Гейперта: спрессованные в виде брикетов 10 г угля нагреваются в вертикальной кварцевой трубке при 1100°С. Газ, очищенный пропуском через стеклянную вату, отводится в градуированный приемник для измерения объема, а оттуда пропускается в калориметр. По Бунте, этот способ дает ценные определения количества газа и его теплотворной способности, а также % выхода и качества кокса, близко совпадающие с практическими.

6. Определение спекаемости и вспучиваемости. При анализе на выход летучих в платиновом тигле остается нелетучий остаток - кокс, который, в зависимости от сорта угля, м. б. или порошкообразным или спекшимся до средней или значительной плотности. Некоторые угли при этом увеличиваются в объеме - вспучиваются. Для измерения спекаемости имеется ряд методов - Компредона, Мериса и т. д. Уголь смешивают с нормальным кварцевым песком, причем способность угля спекаться пропорциональна тому количеству песка, которое уголь в состоянии удержать, давая нерассыпающийся королек. Мерис при этом измеряет груз, который королек способен выдержать не разрушаясь. Другие авторы рекомендуют в качестве связующих материалов антрацит, порошок кокса из того же угля, графит и т. д. Наиболее удобным признается, по-видимому, метод Каттвинкеля: тонкий порошок угля смешивается с отсеянным кварцевым песком в отношении 1:6; коксовая лепешка исследуется на прочность, испытываемую грузом с увеличивающейся навеской (падающей дробью). Проба на вспучивание ведется по английскому методу Лессинга.

7. Плавкость золы, играющая большую роль как при сжигании в топках, так и в генераторном процессе, определяется чаще всего по американскому стандартному методу в газовой печи пирамидками или конусами, сформованными из золы испытуемого топлива. Огромное влияние имеет атмосфера (окислительная или восстановительная). Обычно отмечается температура начала деформации, размягчения, плавкого состояния, причем разница между началом деформации и самым плавлением для нашего топлива достигает 100—240°С. В СССР принят метод Теплотехнического института - определение в мекеровской газовой печи. Аппарат Бунте-Баума дает показания с точностью до 5—8°С.

8. Определение горючести, или реакционной способности, кокса ведется, по методу Копперса, пропусканием в течение 2 часов чистой углекислоты при 1000°С со скоростью 30 см3/мин через трубку 5—6 мм диаметром над 1 г кокса, насыпанного в эту трубку (степень измельчения 0,5— 1 мм). Реакционная способность выражается процентным отношением окиси углерода, образовавшейся из углекислоты, к взятой СО2, определяемым из формулы:

kamenn ugol 1 f1

При полном превращении СО2 в СО получается 200; обычно же - значительно меньше: 190—180 для бурого полукокса, 130—125 для каменноугольного полукокса, 115—60 - для газового кокса и 80—30 - для доменного.

9. Определение температуры вспышки производится сравнительно редко, гл. обр. при анализе угольной пыли. По Штейнбрехеру, применяется металлический тигель с песком, закрытый асбестовой пластинкой, через которую пропущена стеклянная трубка диаметром 20 мм; в нее насыпается угольная пыль. Через пришлифованную пробку трубки пропущены 2 термометра и трубочка, подводящая кислород (3 л/ч) или воздух (15 л/ч); газы выходят через отверстия в пробке. Нагрев песчаную баню до 80°С, начинают пуск кислорода или воздуха, и при помощи электрической искры делают пробы на воспламенение.

10. Теплота образования кокса, т. е. количество тепла, которое требуется для превращения 1 кг угля при температуре коксования в кокс, газ, водяные и смоляные пары, определяется различными методами, например в калориметрической бомбе, по Штрахе.

11. Изменяемость углей испытывается в лаборатории путем нагрева их и пропускания кислорода или воздуха в специальных аппаратах Денштета, Эрдмана, Буриана, Парра. Скорость подъема температуры, высота первоначальной температуры, с которой начинается самонагревание, и самовозгорание в известный период времени (1 ч.) до известной степени характеризуют изменяемость углей. Стандартного метода не имеется.

12. Исследования сухой перегонки при низких температурах в лабораторном масштабе Бунте рекомендует производить по способу Фишера-Шрадера: навеска угля в 20—50 г нагревается в алюминиевой реторте до 500°С с определенной скоростью; через отводящую трубку пары и газ уходят в охлаждаемый приемник, где конденсируются вода и первичная смола (деготь); газ м. б. собран в измерительном цилиндре над насыщенным раствором поваренной соли и испытан на состав и теплотворную его способность. Грефе применяет обыкновенно стеклянную реторту. В Англии пользуются приборами Кинга.

13. Определение содержания в каменном угле витрена, кларена, дюрена и фюзена возможно или по внешним признакам - виду, цвету, твердости и т. д., особенно при микроскопическом исследовании, или по удельному весу (кажущемуся или истинному), определяемому по методам Тернера, Шмольке, Хейльстона.

14. Экстрагирование производится или при атмосферном давлении в аппаратах типа Сокслета или под давлением при повышенных температурах (например, по Фишеру, бензолом при 275°С и 55 atm). В качестве растворителей применяются также пиридин, анилин (Уиллер и Иллингверт), фенол (Парр), крезол, петролейный эфир, хлороформ и т. д. Комбинированием растворителей можно извлечь не только α-, β- и γ-битумены, но и отдельные углеводороды (Пикте, например, выделил 33 вида углеводородов, алкоголей и азотистых соединений).

При оценке углей как сырья для химической промышленности - учитывают их способность к бергинизации, выход метанола, количество водорода при газификации, могущего быть использованным для производства синтетического аммиака, и т. д.

 Карта Донецкого бассейна

Cм. Каменный уголь (II)

Cм. Каменный уголь (III)

 

Источник: Мартенс. Техническая энциклопедия. Том 9 - 1929 г.