Классификация углей среднего карбона Донецкого бассейна

Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Классификация углей среднего карбона Донецкого бассейна

05.04.2020

Донбасс является уникальным не только среди бассейнов Украины, но и среди угольных бассейнов мира, во-первых, потому, что в среднем карбоне Донбасса встречаются каменные угли и антрациты всех стадий метаморфизма (в последнее время к северу от Лисичанского и Луганского районов найдены также и угли, переходные от бурых к каменным и бурые), и, во-вторых, угли среднего карбона отличаются большой однородностью петрографического состава и абсолютным преобладанием гелифицированного вещества (80—95%). Поскольку гелифицированное вещество по сравнению с другими петрографическими компонентами наиболее равномерно и правильно изменяется в процессе метаморфизма, а Донбасс располагает углями всех стадий метаморфизма, марки донецких углей приобрели значение эталонов метаморфизма для других бассейнов, обладающих углями более сложного петрографического состава.

В среднем карбоне Донбасса выделены следующие стадии метаморфизма и соответственно марки углей.

Угли, переходные от бурых к длиннопламенным (марка БД), характеризуются низким содержанием углерода, высоким выходом летучих веществ, высоким содержанием влаги, присутствием свободных Тумановых кислот и отсутствием спекаемости; на воздухе они теряют влагу и кусковатость. Формальные критерии, отделяющие бурые угли от каменных, установлены ГОСТом 9276—59: теплота сгорания влажного беззольного угля у бурых углей ниже 5700 ккал/кг, выход щелочного экстракта после окисления угля перекисью водорода — 3% и более. При таком разделении к каменным относятся угли, сохраняющие многие черты бурых. В бассейнах, где существует постепенный переход углей от бурых к каменным, ощущается необходимость в выделении класса углей, промежуточного между бурыми и длиннопламенными. В Донецком бассейне его обозначают условно маркой БД. Переходные угли соответствуют отчасти классу суббитуминозных углей по классификации США.

Длиннопламенные угли (марка Д) характеризуются высоким выходом летучих веществ и высокой влажностью при отсутствии свободных гуминовых кислот; легко загораются и горят длинным пламенем; механически прочны. На этой стадии метаморфизма возникает спекаемость.

Газовые угли (марка Г) спекающиеся, с высоким выходом летучих веществ; горят светящимся пламенем. При термическом разложении они образуют значительные количества смолы и газа. Газовые угли сильно изменяются под влиянием метаморфизма от газовых, близких к длиннопламенным, до газовых, переходящих в жирные. При этом снижается выход летучих веществ, уменьшается содержание влаги, снижается механическая прочность угля, растет спекаемость; в области перехода от газовых углей к жирным удельный вес гелифицированного вещества проходит через минимум. Кроме того, на стадии метаморфизма, отвечающей газовым углям, особенно четко проявляются генетические отличия углей. Все это приводит к необходимости подразделения газовых углей на группы.

Жирные угли (марка ПЖ или Ж) отличаются высокой спекаемостью — максимальной в метаморфическом ряде углей. Они обладают избыточной плавкостью и составляют основу шихты для производства кокса. При самостоятельном коксовании кокс получается губчатый, неплотный. Жирные угли содержат мало влаги, механически непрочны.

Коксовые угли (марка К) при самостоятельном коксовании образуют плотный прочный кокс. В этих углях сочетание важных для коксообразования свойств (температурные пределы пластического состояния, вязкость пластической массы, давление вспучивания) является оптимальным.

Паровичные спекающиеся или отощенные спекающиеся угли (марка ПС или ОС) обладают невысоким выходом летучих веществ и небольшой спекаемостью. Теплота сгорания у них достигает максимума; горят коротким пламенем; отличаются минимальным содержанием влаги и максимальной хрупкостью.

Тощие угли (марка Т) — это высококалорийные угли с очень низким выходом летучих веществ; обладают некоторой остаточной спекаемостью или неспекающиеся; механически непрочны.

Полуантрациты (марка ПА) — переходные от тощих углей к антрацитам. Отличаются очень низким выходом летучих веществ (ниже 9%); трудно загораются. С полуантрацитов начинается резкое снижение теплоты сгорания, увеличение содержания влаги, возрастание удельного веса и электропроводности, увеличение механической прочности. Полуантрациты термически неустойчивы: при быстром нагревании куски распадаются на мелочь.

Антрациты (марка А) объединяют угли большого диапазона по метаморфизму. О различной степени метаморфизма свидетельствуют широкие пределы значений удельного веса органической массы угля, удельного электрического сопротивления и выхода летучих веществ по объему. Антрациты механически прочны и достаточно термически устойчивы; горят низким пламенем, давая высокую температуру в слое.

Гумусовые угли всех бассейнов, содержащие достаточное количество неокисленного гелифицированного вещества, проходят такие же стадии метаморфизма, как и донецкие, и представлены теми же марками, а угли, сложенные в основном фюзенизированным или липоидным веществом, изменяются в процессе метаморфизма иначе, образуя другие генетические ряды углей.

Первые классификации каменных углей разделяли угли по степени метаморфизма, при этом основным показателем являлся выход летучих веществ (табл. 30). В тех случаях, когда марки углей перекрывают друг друга по выходу летучих, дополнительными показателями служат теплота сгорания и характеристика нелетучего остатка.
Классификация углей среднего карбона Донецкого бассейна

Современные классификации каменных углей основаны на двух или трех классификационных параметрах. В международной классификации, разработанной Рабочей группой специалистов разных стран при Европейской экономической комиссии ООН (Международная система классификации каменных углей по типам, 1958), выход летучих учитывается при классификации углей с Vг ниже 33%; если выход летучих выше 33%, за показатель степени метаморфизма принимается теплота сгорания беззольного влажного угля с равновесной влагой в условиях 30° С и 96% относительной влажности. У малометаморфизованных углей смешанного петрографического состава, особенно богатых липоидными и фюзенизированными компонентами, выход летучих не отражает степени метаморфизма.

По выходу летучих и теплоте сгорания угли делятся на классы по степени метаморфизма, затем на группы — по спекаемости и на подгруппы — по коксуемости. Спекаемость и коксуемость определяются как способность образовывать кокс соответственно при быстром и медленном нагреве. В международной классификации для определения спекаемости и коксуемости утверждены по два равноправных альтернативных показателя: показатели спекаемости — индекс вспучивания и индекс Рога и показатели коксуемости — дилатометрическое расширение и индекс Грей — Кинга. Индекс вспучивания выражается порядковым номером тигельного кокса в серии коксов различной степени вспученности; индекс Рога — механической прочностью кокса, полученного из смеси испытываемого угля с добавкой антрацита в качестве инертной примеси; дилатометрическое расширение — процентом увеличения объема загрузки угля при коксовании; индекс Грей — Кинга характеризует тип кокса, получаемый из угля в чистом виде или с инертной добавкой. Типы кокса обозначаются заглавными буквами латинского алфавита; цифра при букве G показывает, сколько частей инертной добавки надо ввести в 20 частей смеси, чтобы подавить вспучивание угля.

В международной классификации каждый уголь получает трехзначный номер по коду, в котором первая цифра означает номер класса по метаморфизму, вторая — номер группы по спекаемости, третья — номер подгруппы по коксуемости. В классификации предусмотрено 60 кодовых номеров, которые охватывают все разнообразие каменных углей Европы.

Угли среднего карбона Донбасса занимают всего лишь 27 кодовых номеров. Они располагаются в классификационной таблице узкой полосой (рис. 115), которая отражает закономерность появления, нарастания до максимума и убывания спекаемости гелифицированного вещества с изменением степени метаморфизма (на рис. 115 они показаны жирным контуром). Перерывы в полосе вследствие отсутствия углей с кодовыми номерами 312, 321, 323, 623, 712, 723 объясняются строго параллельным ростом спекаемости и коксуемости. Так, угли группы 1 по спекаемости принадлежат к подгруппе 1 по коксуемости, но среди них нет углей подгруппы 2 (угли 312 и 712); угли группы 2 относятся по коксуемости к подгруппе 2, а при низкой степени метаморфизма и к подгруппе 1, но не к подгруппе 3 (отсутствуют угли 321, 323, 623, 723); угли подгрупп 3, 4, 5 встречаются только среди углей группы 3 по спекаемости.

Современные промышленные классификации углей отдельных бассейнов России построены по двум параметрам — выходу летучих веществ и спекаемости. Показателями спекаемости выбраны: пластометрический показатель толщины пластического слоя (у, мм) и вид лабораторного тигельного кокса для углей, спекаемость которых ниже предела, определяемого пластометрическим методом. С позиций международной классификации пластометрический опыт представляет испытание коксуемости, а тигельное коксование при определении выхода летучих — испытание спекаемости, но так как коксуемость, представляющая более высокую ступень спекаемости, возможна только при наличии спекаемости, то советская классификация ограничивается определением пластометрических показателей для коксующихся углей и характеристикой лабораторного кокса для слабоспекающихся углей.

Исключительная петрографическая однородность донецких углей среднего карбона позволяет разделять их по степени метаморфизма только по выходу летучих веществ почти во всем диапазоне метаморфизма каменных углей. Этот метод менее надежен в области длинно-пламенных и тощих углей, но здесь помогает спекаемость: появление заметного пластического слоя отделяет газовые угли от длиннопламенных, исчезновение спекаемости отмечает переход от спекающихся к тощим.

Для углей, переходных от тощих к полуантрацитам и антрацитам, выход летучих веществ по весу, как показатель метаморфизма, является нечувствительным и заменяется выходом летучи веществ по объему.

В среднем карбоне Донбасса на всех стадиях метаморфизма можно найти сближенные пласты с углями равной степени метаморфизма и при этом отличающиеся по технологическим свойствам; это представители разных генетических типов по восстановленности. У спекающихся углей технологические различия выражены резче и в промышленной классификации они дифференцированы разделением марок на группы.

Данная классификация углей вызывает следующие замечания:

1. В последнее издание ГОСТа 8180—59 не внесено изменение в определение длиннопламенных углей; сохраняет силу исправление Комитета стандартов: «характеристику длиннопламенных углей дополнить показателем у до 5 мм (включительно) и в характеристику нелетучего остатка для этих углей добавить спекшийся остаток».

2. Группа Ж8 дополнительно внесена трестом «Артемгеология» и ДонУГИ. Комитет стандартов разрешил ДонУГИ и тресту «Артемгеология» временно относить угли с выходом летучих марки Ж и пониженной спекаемостью к группе Ж8 согласно их характеристике.

Классификация углей Донбасса по ГОСТу 8180—59 с соответствующими исправлениями приведена в табл. 31.

Сопоставление марок и групп донецких углей согласно ГОСТу 8180—59 с кодовыми номерами международной классификации приведено в табл. 32.

Угли, переходные от бурых к каменным (БД), известны только по данным разведки и потому в промышленной классификации не отражены. Ниже приводится сопоставление донецких углей марки БД с углями марок Б и Д (табл. 33). Критерии для разделения этих марок составлены по материалам исследования переходных углей Северо-Лисичанской разведочной площади; эти данные как ориентировочные могут быть применены к углям нижнего карбона (Петриковское и Ново-Московское месторождения).

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: