Mine de charbon
Les méthodes d'extraction du charbon dépendent de la profondeur de son occurrence. Le développement est réalisé à ciel ouvert dans les mines de charbon, si la profondeur du filon de charbon ne dépasse pas cent mètres. Il existe également des cas fréquents où, avec un approfondissement toujours croissant d'une mine de charbon, il est en outre avantageux de développer un gisement de charbon par une méthode souterraine. Les mines sont utilisées pour extraire le charbon de grandes profondeurs. Les mines les plus profondes de la Fédération de Russie extraient du charbon à un niveau d'un peu plus de mille deux cents mètres.
Dans la production minière conventionnelle, environ 40 % du charbon n'est pas extrait. L'utilisation de nouvelles méthodes d'exploitation minière - longue taille - vous permet d'extraire plus de charbon.
Outre le charbon, les gisements houillers contiennent de nombreux types de géoressources qui ont une importance pour les consommateurs. Ceux-ci incluent les roches hôtes comme matières premières pour l'industrie de la construction, les eaux souterraines, le méthane de houille, les éléments rares et traces, y compris les métaux précieux et leurs composés. Par exemple, certains charbons sont enrichis en germanium.
culminé à 8254,9 millions de tonnes en 2013.
formation de charbon
À différentes époques et à différents endroits du passé géologique de la Terre, des forêts denses ont existé dans les basses terres humides. En raison de processus naturels tels que les inondations, ces forêts ont été enfouies sous terre. À mesure que la couche de sol au-dessus d'eux augmentait, la pression augmentait. La température a également augmenté au fur et à mesure qu'elle descendait. Dans ces conditions, le matériel végétal était protégé de la biodégradation et de l'oxydation. Le carbone séquestré par les plantes dans d'immenses tourbières a finalement été recouvert et profondément enfoui par les sédiments. Sous haute pression et haute température, la végétation morte se transforme progressivement en charbon. Étant donné que le charbon de bois est principalement composé de carbone, la conversion de la végétation morte en charbon de bois s'appelle la carbonisation.
Le charbon se forme lorsque la matière végétale en décomposition s'accumule plus rapidement qu'elle ne peut être décomposée par des bactéries. L'environnement idéal pour cela est créé dans les marécages, où l'eau stagnante, pauvre en oxygène, empêche l'activité vitale des bactéries et protège ainsi la masse végétale d'une destruction complète. À un certain stade du processus, les acides libérés empêchent toute activité bactérienne ultérieure. C'est ainsi tourbe - le produit initial pour la formation du charbon. Si ensuite elle est enterrée sous d'autres sédiments, la tourbe subit une compression et, perdant de l'eau et des gaz, se transforme en charbon.
Sous la pression de couches de sédiments d'un kilomètre d'épaisseur, une couche de lignite de 4 mètres d'épaisseur est obtenue à partir d'une couche de tourbe de 20 mètres. Si la profondeur d'enfouissement du matériel végétal atteint trois kilomètres, la même couche de tourbe se transformera en une couche de charbon de 2 mètres d'épaisseur. A une plus grande profondeur, environ six kilomètres, et à une température plus élevée, une couche de tourbe de 20 mètres devient une couche d'anthracite de 1,5 mètre d'épaisseur.
Pour la formation du charbon, une accumulation abondante de masse végétale est nécessaire. Dans les anciennes tourbières, à partir de la période dévonienne (il y a environ 400 millions d'années), de la matière organique s'est accumulée, à partir de laquelle des charbons fossiles se sont formés sans accès à l'oxygène. La plupart des gisements commerciaux de charbon fossile datent de cette période, bien que des gisements plus récents existent également. L'âge des charbons les plus anciens est estimé à environ 300-400 millions d'années.
La formation de grands volumes de charbon a très probablement cessé après l'apparition de champignons, car la pourriture blanche des champignons décompose complètement la lignine.
Les mers larges et peu profondes du Carbonifère ont fourni des conditions idéales pour la formation de charbon, bien que les charbons soient connus de la plupart des périodes géologiques.L'exception est la pénurie de charbon lors de l'événement d'extinction du Permien-Trias, où le charbon est rare. On pense que le charbon trouvé dans les couches précambriennes antérieures aux plantes terrestres provient des restes d'algues.
À la suite du mouvement de la croûte terrestre, les veines de charbon ont subi un soulèvement et un plissement. Au fil du temps, les parties surélevées ont été détruites par érosion ou combustion spontanée, tandis que celles abaissées ont été conservées dans de larges bassins peu profonds, où le charbon se trouve à au moins 900 mètres au-dessus de la surface de la terre. La formation des veines de charbon les plus épaisses est associée à des zones de la surface de la terre, sur lesquelles des écoulements de volumes importants de masses bitumineuses se sont produits, comme, par exemple, à Hat Creek (anglais) russe. (Canada), l'épaisseur totale du paquet de veines de charbon atteint 450 m.
Impact sur l'environnement et la santé des mineurs
Le charbon fossile contient des métaux lourds nocifs tels que le mercure et le cadmium (concentration allant jusqu'à 0,0001 à 0,01 % en poids)[source non spécifiée 2077 jours].
Pendant l'extraction souterraine du charbon, la teneur en poussière de l'air peut dépasser le MPC des centaines de fois. Dans les conditions de travail qui existent dans les mines, le port continu de respirateurs est pratiquement impossible (à chaque pollution grave ils nécessitent un changement rapide pour nettoyer de nouveaux masques respiratoires, ils ne permettent pas la communication, etc.), ce qui ne permet pas de les utiliser comme moyen de prévention fiable des maladies professionnelles irréversibles et incurables - silicose, pneumoconiose (etc.). Par conséquent, afin de protéger de manière fiable la santé des mineurs et des travailleurs des entreprises de traitement du charbon aux États-Unis, des moyens de protection collective plus efficaces sont utilisés.
Classement, types
Le charbon est divisé en brillant, semi-brillant, semi-mat, mat. En règle générale, les types de charbon brillants sont à faible teneur en cendres en raison de la faible teneur en impuretés minérales.
Parmi les structures de la matière organique du charbon, on distingue 4 types (télinite, posttélinite, précolinite et colinite), qui sont des étapes successives d'un même processus de décomposition des lignines - tissus cellulosiques. Aux groupes génétiques de houille, en plus de ces quatre types, le charbon de leuptinite est également inclus. Chacun des cinq groupes génétiques selon le type de substance des microcomposants du charbon est divisé en classes correspondantes.
Il existe de nombreux types de classifications du charbon : par composition matérielle, composition pétrographique, génétique, chimico-technologique, industrielle et mixte. Les classifications génétiques caractérisent les conditions d'accumulation du charbon, réelles et pétrographiques - sa composition matérielle et pétrographique, chimico-technologique - la composition chimique du charbon, les processus de formation et de transformation industrielle, le regroupement industriel - technologique des types de charbon en fonction des exigences du industrie. Les classifications du charbon dans les veines sont utilisées pour caractériser les gisements de charbon.
Classification industrielle du charbon
La classification industrielle de la houille dans chaque pays est basée sur divers paramètres des propriétés et de la composition du charbon : aux États-Unis, la houille est classée en fonction de la chaleur de combustion, de la teneur en carbone fixe et de la teneur relative en substances volatiles, au Japon - selon la chaleur de combustion, les soi-disant coefficients de carburant et la force des cokes, ou l'incapacité à coke. En URSS, la soi-disant classification de Donetsk développée dans l'année par V.S. Krym a servi de principale classification industrielle. Il est parfois appelé "marqué", et en même temps il est génétique, car les modifications des propriétés du charbon pris comme base reflètent leur lien avec le développement génétique de la matière organique du charbon.
dépôts
| Le pays | Charbon | charbon marron | Le total | % |
|---|---|---|---|---|
| Etats-Unis | 111 338 | 135 305 | 246 643 | 27,1 |
| Russie | 49 088 | 107 922 | 157 010 | 17,3 |
| Chine | 62 200 | 52 300 | 114 500 | 12,6 |
| Inde | 90 085 | 2360 | 92 445 | 10,2 |
| Australie | 38 600 | 39 900 | 78 500 | 8,6 |
| Afrique du Sud | 48 750 | 48 750 | 5,4 | |
| Ukraine | 16 274 | 17 879 | 34 153 | 3,8 |
| Kazakhstan | 28 151 | 3128 | 31 279 | 3,4 |
| Pologne | 14 000 | 14 000 | 1,5 | |
| Brésil | 10 113 | 10 113 | 1,1 | |
| Allemagne | 183 | 6556 | 6739 | 0,7 |
| Colombie | 6230 | 381 | 6611 | 0,7 |
| Canada | 3471 | 3107 | 6578 | 0,7 |
| tchèque | 2094 | 3458 | 5552 | 0,6 |
| Indonésie | 740 | 4228 | 4968 | 0,5 |
| Turquie | 278 | 3908 | 4186 | 0,5 |
| Madagascar | 198 | 3159 | 3357 | 0,4 |
| Pakistan | 3050 | 3050 | 0,3 | |
| Bulgarie | 4 | 2183 | 2187 | 0,2 |
| Thaïlande | 1354 | 1354 | 0,1 | |
| Corée du Nord | 300 | 300 | 600 | 0,1 |
| Nouvelle-Zélande | 33 | 538 | 571 | 0,1 |
| Espagne | 200 | 330 | 530 | 0,1 |
| Zimbabwe | 502 | 502 | 0,1 | |
| Roumanie | 22 | 472 | 494 | 0,1 |
| Venezuela | 479 | 479 | 0,1 | |
| Le total | 478 771 | 430 293 | 909 064 | 100,0 |
La houille est concentrée dans le bassin houiller de Donetsk et dans le bassin houiller de Lvov-Volyn (Ukraine); Karaganda (Kazakhstan); Sud de Yakoutsk, Minusinsk, Bureinsky, Tungussky, Lensky, Taimyrsky (Russie); Appalachien, Pennsylvanien (Amérique du Nord), Bas-Rhin-Westphalien (Ruhr - Allemagne) ; Haute-Silésie, Ostrava-Karvinsky (République tchèque et Pologne); Bassin du Shanxi (Chine), bassin du sud de la Galles (Grande-Bretagne).
Parmi les plus grands bassins houillers, dont le développement industriel a commencé aux XVIIIe-XIXe siècles, le centre de l'Angleterre, le sud du Pays de Galles, l'Écosse et Newcastle (Grande-Bretagne) sont distingués; bassins westphalien (Ruhr) et de Sarrebruck (Allemagne); gisements de Belgique et du Nord de la France ; bassins de Saint-Etienne (France) ; Silésie (Pologne); Bassin de Donetsk (Ukraine).
Éducation
Le charbon est formé à partir des produits de décomposition des restes organiques de plantes qui ont subi des changements (métamorphisme) dans des conditions de haute pression des roches environnantes de la croûte terrestre et de températures relativement élevées.
Lorsque la couche houillère est immergée en profondeur dans des conditions de pression et de température croissantes, une transformation cohérente de la masse organique se produit, une modification de sa composition chimique, de ses propriétés physiques et de sa structure moléculaire. Toutes ces transformations sont appelées "métamorphisme régional du charbon". Au stade final (le plus élevé) du métamorphisme, le charbon se transforme en anthracite avec une structure cristalline prononcée de graphite. En plus du métamorphisme régional, des transformations se produisent parfois (moins souvent) sous l'influence de la chaleur des roches ignées situées à côté des strates houillères (les recouvrant ou les sous-jacentes) - métamorphisme thermique, ainsi que directement dans les veines de charbon - métamorphisme de contact. Une augmentation du degré de métamorphisme de la matière organique du charbon se traduit par une augmentation constante de la teneur relative en carbone et une diminution de la teneur en oxygène et en hydrogène. Le rendement en substances volatiles diminue constamment (de 50 à 8 % en termes d'état sec sans cendres), la chaleur de combustion, la capacité de frittage et les propriétés physiques du charbon changent également. En particulier, la brillance, la réflectivité, la densité apparente du charbon et d'autres propriétés changent de manière linéaire. D'autres propriétés physiques importantes (porosité, densité, prise en masse, chaleur de combustion, propriétés élastiques, etc.) évoluent selon des lois paraboliques ou mixtes prononcées.
Comme critère optique du stade de métamorphisme du charbon, l'indice de réflectivité est utilisé ; il est également utilisé en géologie pétrolière pour établir le stade des transformations catagènes de la strate sédimentaire. La réflectivité en immersion dans l'huile (R0) augmente régulièrement de 0,5 à 0,65 % pour le charbon de grade D à 2 à 2,5 % pour le charbon de grade T.
La densité et la porosité du charbon dépendent de la composition pétrographique, de la quantité et de la nature des impuretés minérales et du degré de métamorphisme. Les composants du groupe de la fusinite sont caractérisés par la densité la plus élevée (1300–1500 kg/m³) et la plus faible (1280–1300 kg/m³) par le groupe de la vitrinite. Le changement de densité avec une augmentation du degré de métamorphisme se produit selon une loi parabolique avec une inversion de la zone de transition vers le groupe gras; dans les manifestations à faible teneur en cendres, elle diminue du charbon de grade D au grade Zh en moyenne de 1370 à 1280 kg/m³ puis augmente séquentiellement pour le charbon de grade T jusqu'à 1340 kg/m³.
La porosité totale du charbon varie aussi selon des lois extrêmes ; pour le charbon de Donetsk de qualité D, il est de 14 à 22%, le charbon de qualité K de 4 à 8% et augmente (probablement en raison du relâchement) jusqu'à 10 à 15% pour le charbon de qualité T.Les pores du charbon sont divisés en macropores (diamètre moyen 500 × 10–10 m) et micropores (5–15 × 10–10 m). L'espace est occupé par des mésopores. La porosité diminue avec l'augmentation du stade de métamorphisme. La fracturation endogène (développée lors de la formation du charbon), qui est estimée par le nombre de fissures pour 5 cm de charbon brillant, dépend du stade de métamorphisme du charbon : elle passe à 12 fissures lors de la transition du lignite à la longue flamme charbon et a un maximum de 35 à 60 pour le charbon à coke et diminue successivement à 12 à 15 fissures lors de la transition vers les anthracites. Le module de Young, le coefficient de Poisson, le module de cisaillement (cisaillement) et la vitesse des ultrasons sont subordonnés au même modèle de changement des propriétés élastiques du charbon. La résistance mécanique de la houille se caractérise par sa capacité de broyage, sa fragilité et sa dureté, ainsi que par sa résistance à la compression temporaire.
Usage
La houille est utilisée comme matière première technologique, énergétique et énergétique, dans la production de coke et de semi-coke en rapport avec la production d'un grand nombre de produits chimiques à partir de ceux-ci (naphtalène, phénol, brai, etc.), sur la base desquels engrais, plastiques, fibres synthétiques, vernis, peintures, etc.
L'un des domaines les plus prometteurs pour l'utilisation du charbon est la liquéfaction (hydrogénation du charbon) pour produire du combustible liquide. Il existe divers programmes d'utilisation non énergétique de la houille basés sur un traitement thermochimique, chimique et autre dans le but d'assurer leur utilisation pleinement intégrée et d'assurer la protection de l'environnement.
