Происхождение углей в Кемеровской области
учебно-методический материал на тему

Разнообразна, богата и величественна природа Западной Сибири. Ниже ледяных шапок и полей лежит горная тундра, ещё ниже альпийские луга, переходящие в горную тайгу. На крайнем ее юге высоко поднимаются Алтайские горы и хребты Западного Саяна. В северо-восточной части Горного Алтая она носит древнее название Алтын-таган, что значит «золотая тайга».

В юго-восточной части Западной Сибири находится прославленный Кузбасс - индустриальное сердце Сибири. Тоже с разнообразной и богатой природой, свойственной югу Сибири.

Такое разнообразие природных зон и ландшафтов определяет различия в климате, гидрографии, почвенном покрове, растительном и животном мире между отдельными географическими районами области.

Самым большим богатством  Кемеровской  области  являются  залежи  каменного угля. Разнообразные виды углей, которые отличаются друг от друга  способом залегания их. Для появления месторождения необходимо углубление и наличие органических веществ. Глубина залегания  угля в Кузбассе колеблется от 5 до 7 км. Откуда возникли такие проемы?

История  началась с дрейфа Индийского полуострова. Определяющие геологические процессы Индии начались 75 млн лет назад, когда индийский субконтинент, в то время являвшийся частью южного суперконтинента Гондваны, начал дрейфовать в северо-западном направлении через тогда ещё несуществовавший Индийский океан — процесс, который продолжался около 50 млн лет. Последовавшее за этим столкновение субконтинента с Евразийской плитой и его субдукция под ней привели к появлению Гималаев, — самых высоких гор планеты, которые в настоящее время окружают Индию с севера и северо-востока. На бывшем морском дне, непосредственно к югу от появившихся Гималаев, в результате движения плит образовался огромный прогиб, который постепенно заполнился аллювием и превратился в современную Индо-Гангскую равнину.

В результате движения Индийского полуострова в Кемеровской области появилась зона разряжения, в результате чего появились проемы. В процессе движения ледников, эти проемы были заполнены органическими и осадочными породами. Пример незаполненного  проема - Телецкое озеро в Алтайском Крае.

В усреднённом разрезе угленосных отложений бассейна насчитывается приблизительно 130 пластов угля суммарной мощностью около 350 м. Из них большая часть имеет сложное строение и состоит из нескольких пачек угля, разделённых прослоями пород различной толщины. При средней мощности около 4 м, имеются пласты 10—12 м, а наибольшую толщину (20—25 м) имеет пласт Мощный на Бачатском и Краснобродском месторождениях.

Кузнецкий бассейн в структурном отношении представляет собой крупный синклинорий (геосинклинальный прогиб) неправильной четырёхугольной формы, длинная ось которого вытянута с юго-востока на северо-запад. Длина бассейна 335 км, ширина — 110 км, площадь — 26,7 тыс. км². По структурно-тектоническим особенностям в Кузбассе выделяется 25 геолого-промышленных районов, в том числе в пределах Кемеровской области — 23, и 2 — в Новосибирской области.

Угли Кузнецкого бассейна гумусовые и по степени метаморфоза представлены всеми 17 марками — от бурых до антрацитов. Угли нижней балахонской серии подразделяются на марки: коксовые, слабоспекающиеся, антрациты и другие. Угли кольчугинской серии имеют марки: длиннопламенные, газовые, жирные и другие.

Добываемые угли имеют следующие качественные показатели: влажность — 5,5%, зольность — 8,0%, выход летучих веществ у балахонских углей — 21,0%, у кольчугинских — 36,0%, содержание серы — 0,37%, фосфора — 0,026%, низшая удельная теплота сгорания топлива — 6 000—8 800 ккал/кг.

В зависимости от марочного состава и качественных показателей угли Кузнецкого бассейна обладают важными технологическими свойствами. Отдельные марки используются для получения кокса, другие — для получения жидкого топлива, третьи пригодны в электродной и металлургической промышленности. Угли всех марок могут использоваться в энергетике и коммунально-бытовом хозяйстве, а также в химической промышленности.

Кроме того, длиннопламенные и газовые угли используются для получения жидких продуктов (моторного топлива, смазочных масел и других продуктов) в результате полукоксования. Полукокс — облагороженное бездымное топливо.

Неспекающиеся и слабоспекающиеся угли и антрацит могут использоваться для газификации с целью получения энергетических и технологических газов. Из антрацитов получают карбиды кремния (карборунд), кальция, термоантрациты и термографиты. Из спекающихся и неспекающихся углей — углеродные адсорбенты (активные угли).

Важной благоприятной особенностью залегания углей в Кузбассе является высокая доля пологих и наклонных пластов — почти 80%. При добыче угля из этих пластов можно применять горнодобывающие машины -  комбайны, угледобывающие комплексы и конвейеры. Применение этих механизмов не только облегчает условия работы шахтёров, но и способствует повышению производительности труда.

Наиболее ценными углями являются коксующиеся, то есть угли, из которых выжигают (выпекают) кокс — основной вид технологического топлива для выплавки чугуна. Этот уголь очень ценится на мировом рынке. Чем отличается коксующийся уголь от энергетического угля? Если взять кусок угля Томусинского, Прокопьевского или Ленинского месторождений, то в нём можно увидеть тонкие блестящие стекловидные полоски. Этот блеск зависит от наличия в нём витринита («витрум» — от лат.стекло). Особенностью витринита является то, что при высокой температуре он способен плавиться и обретает свойство спекания (склеивания) микрочастиц угля в плотную массу — кокс. Чем больше в угле витринита, тем выше его качество коксования.

В будущем при создании геолого-экономической модели освоения угольных месторождений Кузбасса необходимо обращать особое внимание на горно-геологические и социальные факторы добычи угля. Исследования и расчёты специалистов показывают, что кузнецкие угли содержат много ценных, но в то же время токсичных примесей. Однако комплексное использование углей бассейна позволит повысить их ценность, поскольку в них содержится много редких и рассеянных элементов.

Несмотря на то, что геология Кузнецкого бассейна менее изучена, чем геология Донбасса, который находится на Украине и в Ростовской области России, выявленные и подготовленные для разработки участки дают основание полагать, что при современном уровне добычи кузбасских углей хватит на 400 лет.

Самыми древними (320 млн. лет) углями являются барзаситы. В 30-х годах ХХ века была построена лабораторная установка, похожая на мясорубку: в воронку загружали уголь, с помощью шнека он (сапропелит) подавался в нагревательное устройство, а на выходе получали жидкость — битум, который по качеству не уступал битуму, полученному при перегонке нефти.

Барзасское месторождение сапропелитовых углей расположено в Кемеровском районе. Это полезное ископаемое также называли барзасской рогожкой, так как угли похожи на хорошо спрессованные узкие листья водорослей — рогожки. В настоящее время сапропелитовые угли называют барзаситами.

Оригинальный вид, лёгкость, листоватое строение и большое содержание смолистых и летучих веществ привлекли к томиту внимание геологов, палеоботаников, химиков.

В 1918 году известный русский химик, один из основоположников органического катализа и нефтехимии, создатель угольного противогаза Николай Дмитриевич Зелинский провёл опыты. Они показали, что томит — это хорошее сырьё для получения горючих фракций, похожих на фракции, получаемые из природной нефти. Томит даже стали называть нефтяной рудой. Но в условиях гражданской войны было не до сапромиксита, и про него забыли.

По происхождению сапропелитовый уголь находится в промежутке между каменным углём и нефтью. Он создан природой из древних морских водорослей и остатков планктонных организмов в девонский период палеозойской эры (более 300 млн. лет назад).

Из сапропелитового угля, гораздо легче и дешевле, чем из каменного, но дороже, чем из нефти, можно получать бензин, керосин, дёготь и битум. На середину июля 2006 года один баррель нефти (158 988 дм³) на мировом рынке стоил более 60$ США. Поэтому переработка даже каменного угля в бензин (не говоря о сапропелитовых углях) становится сопоставимой с перегонкой бензина из нефти.

Современные технологии позволяют сегодня плавить сапропелитовые угли как руду, но при температуре всего в 300 градусов.

В настоящее время проведено детальное изучение Барзасского месторождения сапропелитовых углей. Разведанные запасы, которые уже сегодня можно выгодно отрабатывать и получать из них бензин и битум, составляют более 30 миллионов тонн. Угли залегают на глубинах от 50 до 200 м, что позволяет применять новейшие технологии добычи угля шахтами-модулями с применением любой современной техники. Главный пласт месторождения — Основной — имеет толщину от 1,5 до 2,5 м с запасами до 20 миллионов тонн. Мощность новой шахты — до одного миллиона тонн угля в год. Но это в перспективе, хотя сапропелитовые угли Барзасского месторождения самые ценные в России по углеводородному составу. Открывать новые запасы углей можно за счёт геологической разведки в сторону города Анжеро-Судженска, на месте которого 300 миллионов лет назад был морской залив.

На северо-востоке Кемеровской области расположена западная часть Канско-Ачинского буроугольного бассейна. На севере угленосные юрские отложения погружаются под меловые и граница их не установлена. Наличие здесь бурых углей отмечалось со второй половины XIX века.

Высокая влажность, низкая атмосфероустойчивость, быстрое окисление и склонность к самовозгоранию препятствуют перевозке углей на большие расстояния. Проведёнными исследованиями установлена хорошая брикетируемость углей, а, следовательно, и повышение транспортабельности. При переработке смолы получают бензол, фенолы, нафталин и другие продукты. Методом гидрогенизации из углей можно получать жидкое топливо. Окисленные бурые угли дают много гуминовых кислот и различных препаратов на их основе.

Ресурсы бурого угля в Кемеровской части Канско-Ачинского бассейна составляют 97,7 млрд. тонн до глубины 600 м.